広域スペクトル光源
本発明は光源の分野に関し、詳細には、数百ナノメートルの広域スペクトルにわたって延びる波長の光源に関する。本発明の目的は、広域スペクトルにわたって拡散する波長の、比較的コンパクトで安価な光源を提供することである。光源は基本波長または基本波長付近で動作し、０．５ｎｓより長い持続時間のパルスを生成するレーザ（４）と、パルスを誘導するように構成された微細構造光ファイバ（９）とからなり、ファイバ（９）中のパルスによって光が生成される。本発明はさらに、光のスペクトルを生成する方法に関する。本発明は、例えば、ファイバ構成要素のスペクトル試験と、化学標本および生体標本のスペクトル分析などの応用例で有用である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の分野に関し、詳細には、数百ナノメートルの広域スペクトルにわたって延びる波長の光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ中での非線形相互作用に大きな関心が持たれている。例えば石英ガラスの低い非線形性が、ファイバでの長い相互作用長と高いパワー密度によって弱められて、非常に大きな非線形効果が生じる。ほとんどの非線形過程では、位相整合、パルスの広がり、ウォークオフ、および減衰によって決定される有効相互作用長よりも物理的ファイバ長を長くすることができる。具体的には、短パルス伝搬と非線形過程に関する位相整合条件とに関して、ファイバ分散が主要な役割を果たす。
【０００３】
石英ガラスの材料分散それ自体が異常である１３００ｎｍを超えるスペクトル領域で正常または異常のモード分散を有し、任意の所与の波長でゼロ分散となるようにファイバを設計および作製することができる（例えば、遠隔通信システムで使用される分散シフトファイバ）。しかし、シリカのステップ・インデックス単一モード光ファイバのゼロ分散波長λ０を、バルク・シリカのゼロ分散波長である１２７０ｎｍよりも短い波長まで移動することは不可能である。
【０００４】
フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ、微細構造ファイバまたはホーリー・ファイバとしても知られる）は、比較的新しい種類の光ファイバである。ＰＣＦは、複数の細長いホールを形成する固体マトリックス材料から形成され、クラッディング領域とコア領域とを有する。ＰＣＦは、コア領域とクラッディング領域の間の界面での全内部反射を含むいくつかの機構によってそのコア領域で光を誘導する。ＰＣＦが単一の固体材料から作製されている場合でも、クラッディング領域中のホールがクラッディングの有効屈折率を低下させ、固体コア領域とクラッディング領域の間で屈折率ステップを与え、誘導光の全内部反射を可能にする。
【０００５】
フォトニック結晶ファイバでは、単一モード・シリカ・ファイバのゼロ分散波長をずっと短い波長にシフトすることが可能である（例えば、ディー モギレフチェフ（Ｄ．Ｍｏｇｉｌｅｖｔｓｅｖ）、ティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、「Ｇｒｏｕｐ−ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅｓ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、２３（２１）、１６６２〜１６６４ページ、１９９８年、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ジェー アリアガ（Ｊ．Ａｒｒｉａｇａ）、ティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、エー オルチゴサ・ブランチ（Ａ．Ｏｒｔｉｇｏｓａ−Ｂｌａｎｃｈ）、ダブリュー ジェー ワズワース（Ｗ．Ｊ．Ｗａｄｓｗｏｒｔｈ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、「Ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１２巻、８０７〜８０９ページ、２０００年、およびジェー ケー ランカ（Ｊ．Ｋ．Ｒａｎｋａ）、アール エス ワインデラー（Ｒ．Ｓ．Ｗｉｎｄｅｌｅｒ）、エー ジェー ステンツ（Ａ．Ｊ．Ｓｔｅｎｔｚ）、「Ｖｉｓｉｂｌｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａｉｒ−ｓｉｌｉｃａ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅｓ ｗｉｔｈ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｔ ８００ ｎｍ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ、２５（１）、２５〜２７ページ、２０００年を参照）。これが、７５０〜８５０ｎｍのモード・ロックＴｉ：サファイア・レ
ーザで励起された領域５８０〜９００ｎｍでゼロ分散波長を有する小コア高インデックス・コントラストＰＣＦで超連続体を生成するのに、劇的な効果を与えている。こうしたファイバは通常は厳密には単一モードではないが、高次モードの励起が難しく、通常の曲げでは基本モードにも結合されず、したがってファイバを単一モードであるかのように使用することができる。
【０００６】
厳密に単一モードのＰＣＦを製作することができるだけでなく、全波長にわたって１つの導波モードだけをサポートするいわゆるエンドレス単一モードＰＣＦも製作することができる（例えば、ティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、「Ｅｎｄｌｅｓｓｌｙ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．第２２巻、９６１〜９６３ページ、１９９７年、およびティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、ディー モギレフチェフ（Ｄ．Ｍｏｇｉｌｅｖｔｓｅｖ）、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、ジェー ブロエング（Ｊ．Ｂｒｏｅｎｇ）、ピー ジェー ロバーツ（Ｐ．Ｊ．Ｒｏｂｅｒｔｓ）、ジェー エー ウエスト（Ｊ．Ａ．Ｗｅｓｔ）、ディー シー アラン（Ｄ．Ｃ．Ａｌｌａｎ）、ジェー シー ファジャルド（Ｊ．Ｃ．Ｆａｊａｒｄｏ）、「Ｔｈｅ ａｎａｌｏｇｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅｓ ａｎｄ
ｓｔｅｐ ｉｎｄｅｘ ｆｉｂｒｅｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｒｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ペーパーＦＧ４−１、１１４〜１１６ページ、１９９９年２月２６日（金）を参照）。
【０００７】
シュレイバーら（Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ ｅｔ ａｌ．）は、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍ．、第２２８巻、２００３年の７１〜７８ページで、１０４０ｎｍで動作するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器からピコ秒パルスで励起することによるＰＣＦからの超連続スペクトルの生成を報告している。
【０００８】
タウンら（Ｔｏｗｎ ｅｔ ａｌ．）は、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ−Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ、第７７巻、２００３年の２３５〜２３８ページで、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザからのナノ秒パルスで励起することによる、無秩序微細構造エア・シリカ光ファイバからの超連続スペクトルの生成を報告している。
【０００９】
コーエンら（Ｃｏｅｎ ｅｔ ａｌ．）は、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、第２６巻、２００１年の１３５６〜１３５８ページで、６４７ｎｍで動作するＫｒ−イオン・レーザから６７５Ｗピーク・パワーの６０ｐｓパルスで励起することによるＰＣＦからの超連続体の生成を報告している。
【００１０】
ダドレーら（Ｄｕｄｌｅｙ ｅｔ ａｌ．）は、５３２ｎｍで動作する周波数２倍ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧマイクロチップ・レーザから０．８ｎｓ持続時間のパルスで励起することによるエア・シリカ微細構造ファイバからの超連続体の生成を報告している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、広域スペクトルにわたって拡散する波長の、比較的コンパクトで安価な光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、基本波長または基本波長付近で動作して０．５ｎｓより長い持続時間を有するパルスを生成するレーザと、パルスを誘導するように構成された微細構造光ファ
イバとを有する、３００ｎｍ超にわたって延びる波長のスペクトルの光源であって、ファイバ中のパルスによって光が生成される光源が提供される。
【００１３】
スペクトルは、３００ｎｍにわたるほぼすべての波長の光を有する超連続スペクトルでもよく、または全体で３００ｎｍにわたって延びるわずか数個の広い間隔の波長の光を含むスペクトルでもよい。この場合、スペクトルは、４波混合（ＦＷＭ）によって生成することができる。したがって、光源は、微細構造ファイバでＦＷＭによって光を生成する光源でもよく、生成された光はほぼＦＷＭ波長でよい。本発明者らは、ＦＷＭピークが有用となる比較的長いパルスによってＦＷＭピークが微細構造ファイバで十分効率的に生成されるという驚くべき発見をした。本発明者らはまた、ＦＷＭピークが高パワーで著しく広がらないということも発見した。レーザは、ＮＤ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｔｉ：サファイアなどのゲイン結晶を利用する固体レーザでもよい。レーザはＱスイッチ型でもよい。レーザはモノリシック・レーザでもよい。マイクロチップ・レーザ、非平面リング・レーザなどのモノリシック・レーザでは、共振器ミラーが、レーザ・ゲイン結晶上に直接被覆される。レーザは、一般に１つまたは複数のダイオード・レーザによって励起される。
【００１４】
マイクロチップ・レーザは、Ｋｒ−イオン・レーザなどのメインフレーム・レーザよりもかなり安価であり、よりコンパクトである。
レーザは周波数２倍ではなく、その基本波長または基本波長付近で動作する。従来技術では、ＰＣＦを励起するのに使用されてきたマイクロチップ・レーザは周波数２倍であった。マイクロチップ・レーザ基本波長、例えば１０００ｎｍから１１００ｎｍで、非常に広域のスペクトルの生成を達成できることは驚くべきことである。
【００１５】
この波長の長パルスを使用して広域スペクトルを生成できることが特に驚くべきことである。光のパルスは、５００ｐｓ超、１ｎｓ超、２ｎｓ超、３ｎｓ超、４ｎｓ超、５ｎｓ超、さらには１０ｎｓ超の持続時間でもよい。
【００１６】
比較的低いピーク・パワーのパルスを使用して広域スペクトルを生成できることも特に驚くべきことである。パルスは、５０ｋＷ未満、２０ｋＷ未満、１５ｋＷ未満、１０ｋＷ未満、９ｋＷ未満、３ｋＷ未満、さらには１ｋＷ未満のピーク・パワーを有することができる。
【００１７】
それに伴い広域スペクトルが生成される相対的な難しさの別の徴候は、パルス・ピーク・パワーとファイバ中のパルスの相互作用長（すなわち、パルスが生成している光からパルスを分散分離して多重波相互作用を停止させるのに十分となる前にパルスが移動する長さ。相互作用長の大きさは、ファイバ損失の効果を考慮に入れて計算されることがあり、または計算されないことがある）との積によって与えられる。ピーク・パワーと相互作用長の積が２ｋＷｍ未満、１ｋＷｍ未満、さらには５００Ｗｍ未満であるときに広域スペクトルを生成できることを本発明者らは発見した。
【００１８】
さらに広いスペクトルを生成でき、したがってスペクトルは５００ｎｍ超、または７００ｎｍ超にわたって延びることができることを本発明者らは発見した。
基本波長は６００ｎｍより長くてよい。基本波長は１０００ｎｍから１１００ｎｍの範囲でよい。
【００１９】
微細構造光ファイバは、ゼロ分散波長λ０を有する。レーザの動作波長は、ゼロ分散波長未満でよい。その場合、広域スペクトルは、一般には４波混合によって生成される。
あるいは、レーザの動作波長はゼロ分散波長よりも長くてもよい。その場合、広域スペクトルは一般には変調不安定性によって生成される。
【００２０】
微細構造光ファイバは、１０００ｎｍと１１００ｎｍの間のゼロ分散波長を有することができる。ゼロ分散波長は、ファイバが作成される材料（例えばシリカ）の透過窓中の最短のゼロ分散波長でよい。
【００２１】
微細構造光ファイバは、波長のスペクトル中の全波長、例えば４波混合またはパルスからの超連続体生成で生成された全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成することができる。
【００２２】
微細構造光ファイバは、単一横モードでのパルスの伝搬をサポートするように構成することができる。周波数２倍で動作するのではなく基本波長で動作するレーザを使用する利点は、基本波長が第２高調波の波長よりも長くなり、その場合微細構造ファイバを単一モードとなるように製作することが容易であることである。５３２ｎｍで動作する周波数２倍マイクロチップ・レーザを利用する従来技術のシステムは、その微細構造ファイバの高次モードで伝搬するパルスを生成し、その波長で基本モードで伝搬するためには、微細構造ファイバのコアの直径を１ミクロン未満にする必要があり、製作が難しい。
【００２３】
微細構造光ファイバは、全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成することができる。
波長のスペクトルの光の７０％超、８０％超、９０％超、さらには９５％超が、ファイバによってサポートされる最低次の横モードでよい。
【００２４】
微細構造ファイバは、２．５ミクロン超、２．７ミクロン超、さらには２．９ミクロン超のピッチを有することができる。
微細構造ファイバは、４ミクロン超、４．５ミクロン超、さらには４．８ミクロン超の直径を有するコアを有することができる。
【００２５】
微細構造ファイバは、直径ｄおよびピッチΛのホールのアレイを有するクラッディング領域を有することができ、ｄ／Λは０．７未満、０．６未満、０．５未満、さらには０．４未満である。
【００２６】
微細構造ファイバは、８μｍ２超、９μｍ２超、１２μｍ２超、１４μｍ２超、さらには１５μｍ２超の有効非線形面積を有することができる。それによって高パワー・スペクトルが可能となる。
【００２７】
微細構造ファイバは、パルス相互作用長よりも短くてよい。別の箇所で論じるように、パルスは、微細構造ファイバ中の過程の連鎖によって波長のスペクトルの光を生成することができる。例えば、特定の波長、例えば４波混合波長でより高い出力パワーを得るために、そのような短い長さを使用して特定の点でその連鎖を停止させることが望ましいことがある。ファイバ長は、パルス・ウォークオフ長として計算されるパルスの相互作用長よりも短くてよい。ファイバ中の損失の効果のためにより短い長さの後に波長の追加の生成がほとんど生じない可能性があるからである。
【００２８】
光源は、波長のスペクトルの小区分中の波長の光を選択するフィルタを含むことができる。
さらに、本発明によれば、５００ｎｍにわたって延びる波長のスペクトルの光を生成する方法であって、レーザをその基本波長または基本波長付近で操作して０．５ｎｓより長い持続時間の光のパルスを供給し、微細構造光ファイバ中でパルスを誘導する方法が提供される。
【００２９】
波長のスペクトルの光は、その後に超連続体生成が続く非線形過程の連鎖、例えば４波
混合によって生成することができる。そのような連鎖した非線形性を使用することにより、例えば１０６４ｎｍで動作する、例えばマイクロチップ・レーザから、可視波長、さらには紫外波長で著しいエネルギーを有するスペクトルを生成できることを本発明者らは発見した。５００ｎｍより短い波長にわたって延びる連続体の生成は特に有利であり、多くの潜在的用途を有する。それは、周波数２倍マイクロチップ・レーザ（例えば、５３２ｎｍ光から超連続体を生成するレーザ）を利用する従来技術のシステムでは達成されていなかった。しかし、基本波長で動作するモノリシック・レーザからの光、例えば４波混合によって７００ｎｍから８００ｎｍの範囲の波長に変換され、次いで超連続体に変換された１０００ｎｍから１１００ｎｍの範囲（例えば１０６４ｎｍ）で動作するマイクロチップ・レーザからの光を変換することにより、可視またはＵＶに延びるスペクトルの生成が可能であることを本発明者らは発見した。
【００３０】
次に、添付の図を参照しながら、単なる例示によって本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
当技術分野で周知の技法を使用して、ＰＣＦは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長１０６４ｎｍ付近の、およびその両方の側のゼロ分散波長を用いて設計および製作されてきた。こうしたファイバを１０６４ｎｍの６００ｐｓパルス中のμＪエネルギーで励起したときのこうしたファイバでの変調不安定性、超連続体生成、ならびにパラメトリック光生成および増幅を本発明者らは詳細に調査した。Ｑスイッチ・ナノ秒パルスの使用は、モードロック・フェムト秒／ピコ秒レーザを用いた以前の作業とは著しく異なる。Ｑスイッチングに必要なレーザ技術は、モード・ロッキングよりもずっと単純であり、サイズとコストの節約が可能となる。ターゲット波長範囲１０４０〜１０７０ｎｍ内の多数のＮｄ／Ｙｂドープ・レーザも存在し、それを直接ダイオード励起することができ、したがってそれはコンパクトかつ効率的である。
【００３２】
大部分の以前の超連続体生成実験は、モード・ロック・レーザからのフェムト秒パルスを使用して超短パルス領域に焦点を当ててきた。その場合、自己位相変調、ソリトン効果、およびパルス・ウォークオフが重要な考慮すべき点であり、伝搬が非線形シュレディンガー方程式によって記述される。ここで、伝搬を準ＣＷとみなすことのできる、ずっと長いパルスを考慮する。パルスのエッジでのｄＩ／ｄｔの効果も、異なる波長間のパルス・ウォークオフも著しくはない。この場合、主な非線形過程は、ポンプから等しい周波数間隔の側波帯を生成するための、位相整合４波混合（ＦＷＭ）である。こうした過程に関する利得は、シリカの非線形屈折率ｎ２＝２×１０−２０ｍ２／Ｗによって与えられる。位相整合とエネルギーの保存により、以下の式が与えられる。
【００３３】
２ｋｐｕｍｐ＝ｋｓｉｇｎａｌ＋ｋｉｄｌｅｒ＋２γＰ （１）
および
２ωｐｕｍｐ＝ωｓｉｇｎａｌ＋ωｉｄｌｅｒ （２）
上式で、ｋｊはモードの波数ベクトル（伝搬定数）であり、ωｊは、ポンプ波、信号波、およびアイドラ波の周波数であり、Ｐはポンプ・パワー（準ＣＷの場合、ピーク・ポンプ・パワー）であり、γはファイバの非線形係数である。
【００３４】
【数１】
【００３５】
上式で、Ａｅｆｆは、ファイバの有効面積であり、λはポンプ波長である。こうした位相整合条件は、所与のファイバ中のピーク・ゲインに対する波長を与え、ファイバの色分散に依存する。様々なファイバに関する分散を測定または計算することができ、したがって位相整合条件（１）を計算することができる。ＰＣＦの数値モデリングより、伝搬定数ｋｉを直接得ることができ、次いでそれを（１）にあてはめることができる。測定値については、わかるのは群速度分散、伝搬定数の２次導関数だけである。通常は、（光振動数の関数としての）分散曲線をテイラー級数として分散係数βｎで展開し、分散係数βｎから位相整合（１）を計算することができる。ここで考慮するＰＣＦでは、実測群速度分散曲線に対する妥当なフィットおよび補外を与えるために、β６までの項を含めた（図１ａ）。テイラー係数β２（ｐｓ２／ｋｍ）は、群速度分散に関する工学単位Ｄ（ｐｓ／ｎｍ
ｋｍ）に
【００３６】
【数２】
【００３７】
により関係付けられている。
１ＰＣＦの測定した分散から計算された位相整合ＦＷＭ波長を、ゼロ分散波長からのポンプ波長偏位の関数として図１（ｂ）に示す。ａ）λｐｕｍｐ≪λ０、ｂ）λｐｕｍｐ≦λ０、ｃ）λｐｕｍｐ＞λ０という３つの重要な領域がある。
【００３８】
これらを逆の順序で考慮する。ケースｃ）（図１（ｂ）の右半分）は、ポンプ波長に近いＦＷＭピークの強いパワー依存位相整合を示す。この領域での（１）の解に対しては非ゼロ値のγＰが必要である。このことは、すべてのファイバの異常分散領域で生じる変調不安定性（ＭＩ）のよく知られた現象である。ゲイン・ピークは比較的広く、中央周波数は、主に群速度分散β２に依存し、より高次の分散への依存はわずかである。
【００３９】
ケースｂ）（図１（ｂ）の左半分）では、広い間隔のＦＷＭピークの主にパワー独立の位相整合が存在する。この領域での（１）の解は、ゼロ・パワーでも存在するが、非ゼロ高次分散についてのみである（テイラー展開中の偶数項β４、β６などのみ）。ゲイン・ピークは比較的狭く、中央周波数は、高次の分散に強く依存する。
【００４０】
ケースａ）（図１（ｂ）の左側の向こう）では、ＦＷＭについて位相整合は存在しない。ａ）とｂ）の間の境界は、実験的位置および理論的位置を有する。図１（ｂ）より、λ０からのポンプの偏位が増大するとき、アイドラ波長が２μｍをさらに超えて偏位することがわかる。２．２μｍを超えて生成されたアイドラ信号は、シリカの吸収がこの波長範囲で急速に増大するために検出することができない。吸収を無視しても、理想化されたファイバは、湾曲してそれ自体の上に戻るＦＷＭ位相整合分岐を示し、ＦＷＭが生じることのできる最大波長偏位に対する制限が与えられる。
【００４１】
広い間隔のＦＷＭピーク（ケースｂ）を頻繁に議論したが、それは、ゼロ分散波長６５２ｎｍのＰＣＦでモード・ロックＫｒ＋レーザからの６４７ｎｍの６０ｐｓパルスを使用して、本発明者らによって最近になって発見されただけである（例えば、ジェイ ディー
ハーヴェイ（Ｊ．Ｄ．Ｈａｒｖｅｙ）、アール レオンハルト（Ｒ．Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ）、ケー エル ジー ウォング（Ｋ．Ｌ．Ｇ．Ｗｏｎｇ）、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ダブリュー ジェイ ワズワース（Ｗ．Ｊ．Ｗａｄｓｗｏｒｔｈ）、およびピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、
「Ａｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ
ｖｉｓｉｂｌｅ ｕｓｉｎｇ ＰＣＦ」、ＣＬＥＯ ２００３、ペーパー ＣＭＲ３（２００３年）を参照）。この研究では、本発明者らは、入手可能な多数の異なるＮｄ／Ｙｂドープ・レーザを考えると、工学的に非常に重要な、１桁長い６００ｐｓおよび波長１０６４ｎｍのパルスで、ＦＷＭ／ＭＩ現象を詳細に調査している。
【００４２】
ＦＷＭ／ＭＩ利得と同様に、すべてのシリカ・ファイバは、特性偏位１３ＴＨｚでラマン利得を示す。これは位相整合過程ではないので、すべてのファイバで生じ、ファイバ分散の差によってあまり影響を受けない。位相整合が利用可能である場合、ＦＷＭ／ＭＩ利得はシリカではラマン利得よりも一般に大きく、したがって、著しいラマン効果が観測されることが予想されるのは、ＦＷＭ／ＭＩ利得が存在しないとき（すなわち、ケースａの場合）だけである。
【００４３】
多くのＰＣＦは、１０６４ｎｍの一方の側に対するゼロ分散波長で製作される。ファイバは、標準ファイバ・クリーバ、ストリッパ、機械的ホルダ、およびアダプタとの互換性のために、１２５μｍの外径と２５０μｍアクリラート・バッファとを有する。ファイバのすべては、名目上同一のホール間ピッチΛ＝３μｍを有するが、コア直径約５μｍに対応する、ｄ／Λ＝０．３からｄ／Λ＝０．５までの異なるホール直径ｄを有する。ホールが大きくなると、ゼロ分散波長はより短い波長となる。実測ゼロ分散波長λ０は１０４０ｎｍから１１０５ｎｍに及ぶ。製造中にファイバ損失を低減するための特定の試みは行わず、その結果、ファイバ損失は比較的高く、１５５０ｎｍで４．５ｄＢ／ｋｍ、１０６４ｎｍで１２ｄＢ／ｋｍ、１３８０ｎｍのＯＨ−吸収のピークで１１０ｄＢ／ｋｍであった。代表的ファイバの走査電子顕微鏡写真を図２に示す。比較のために、単一モード・カットオフ波長９２０ｎｍと１０６０ｎｍでのモード・フィールド直径６．２μｍとを有する従来型ステップ型ファイバＮｕｆｅｒｎ １０００−ＨＰも調査した。
【００４４】
ファイバ中の非線形相互作用は、受動ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ（ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅモデル番号ＮＰ−１０６２０−１００）からの６００ｐｓパルスで励起することによって観測された。ファイバに送達された平均パワーは３０ｍＷであり、パルス反復率７．２５ｋＨｚと共に、パルス・エネルギー４．１μＪおよびピーク・パワー６．９ｋＷに対応する。様々な単一モード・ファイバへの結合効率は３５〜５０％であった。このポンプ・レーザは低コストであり、レーザ・ヘッドが１００×２２×３２ｍｍで極めてコンパクトであり、これにより、波長変換および連続体生成への科学的関心に対して実際的な有用性が加えられる。試験下でのファイバへのパワー入力を、マイカ波長板および結晶偏光子を使用して制御した。ファイバへの入力の偏光を、すべての時間で垂直に固定した。入力パワーおよび出力パワーを、生成される広い範囲の出力波長にわたってフラットなスペクトル応答を有するために熱パワー・メータで測定した。出力スペクトルを光スペクトル分析器（Ａｎｄｏ ＡＯ−６３１５Ｂ）で測定した。スペクトル分解能を別段の記述がある場合を除いて５ｎｍに設定した。ＳＦ１１等辺プリズムで出力を分散させ、個々のビームを熱パワー・メータで測定することによって離散的パラメトリック波長でのパワーを測定した。パラメトリック・ゲインの測定のために、ファイバ結合ＣＷダイオード・レーザからの出力を、被覆されていないガラス板からの４５°での反射によって入力ビームに導入した。ダイオードの偏光を板からの最大反射のために調節した。これは、ポンプ光偏光に平行な、支配的垂直偏光に対応する。ファイバに結合されるシード・パワーを、シード波長で較正した低パワー・フォトダイオード検出器を使用してファイバ出力で測定した。
【００４５】
表１に、この文書で考慮するいくつかのＰＣＦについての光学的データを示す。低コヒーレンス干渉技法を使用して分散を測定した。パラメトリック光生成（ＯＰＧ）波長とは、１から３ｍの短い長さのファイバが１０６４ｎｍのパルスで励起されたときの実測出力
波長を指す。ファイバＰを除く、表１に列挙したすべてのファイバはエンドレス単一モードである。波長がどうであっても１つの導波モードしか存在しない。ホール直径ｄ／Λ＞０．４を有するファイバＰはエンドレス単一モードではないが、単一モード・カットオフ波長は＜６５０ｎｍであり、したがって、注目の波長での単一モードである。ファイバの選択のための実測分散曲線が、Λ＝３μｍ、ｄ／Λ＝０．３の理想化されたファイバについて計算された曲線と共に図１（ａ）に示されている。上述の非線形相互作用の異なる領域が、利用可能なファイバの範囲ですべてアクセス可能である。ａ）Ｎｕｆｅｒｎ １０００−ＨＰの従来型ステップ型ファイバで表されるλｐｕｍｐ≪λ０、ｂ）ＰＣＦ Ｌで表されるλｐｕｍｐ≦λ０、ｃ）ＰＣＦ Ｐで表されるλｐｕｍｐ＞λ０。
【００４６】
それぞれのケースについて、入力パワーおよびファイバ長に伴う出力スペクトルの変化を以下のセクションで論じる。
ケースａ）λｐｕｍｐ≪λ０
ステップ型ファイバ１０００−ＨＰは、実測ゼロ分散波長λ０＝１４４０ｎｍを有する。ポンプ波長偏位は非常に大きく−３７６ｎｍであり、これは、非線形位相整合が存在しない領域内にある。ポンプ波長１０６４ｎｍでの分散は、−３７ｐｓ／ｎｍ ｋｍである。１００ｍのこのファイバに関する入力パワーに伴う実測出力スペクトルの変化を図３に示す。著しいラマン生成が存在し、数次のラマン・ストークス線が見える。スペクトルは片側であり、ポンプよりも短い波長の生成はない。予想通り、これは、パラメトリック法の欠如を明白に示している。
【００４７】
ケースｂ）λｐｕｍｐ≦λ０
ＰＣＦ Ｌは、実測ゼロ分散波長λ０＝１０６９ｎｍを有する。ポンプ波長偏位は小さく−５ｎｍであり、これは、広い間隔の波長の位相整合が存在し、パワー依存性がほとんどない領域内にある（ＦＷＭ、図１（ｂ）の左半分）。ポンプ波長での分散も小さく、丁度−１ｐｓ／ｎｍ ｋｍである。６ｍのこのファイバに関する実測出力スペクトルの入力パワーに伴う変化を図４（ａ）に示す。低パワーでは、２つの別個のパラメトリック波長が、ポンプ波長についてのエネルギーにおいて等しい間隔の８９５ｎｍと１３１５ｎｍで生成される。これは位相整合計算から予想される通りである。ポンプ・パワーがさらに増大するとき、ポンプ波長、信号波長、およびアイドラ波長についてのスペクトルの広がりがある。他のＰＣＦ、−４０ｎｍまでのλ０からのポンプ偏位を伴うＡ〜Ｎでは、６８６ｎｍから９７５ｎｍまでの範囲の信号波長と、１１６８ｎｍから１９００ｎｍを超える範囲のアイドラ波長を伴う類似のパラメトリック光生成が見られる（表１、図５（ａ））。
【００４８】
図４（ａ）の高パワーで見られる、生成されたパラメトリック・ピークの広がりは、より広い間隔のＦＷＭ波長を生成するファイバではかなり低減される。例えば、図５（ｂ）は、ファイバＢについての出力を示す。ここで、ポンプ・パワーが増大するときにポンプおよび信号波長の広がりは非常に少ない。これは、式（１）の右辺が、厳密な位相整合解に近い（信号波長の変化に対する）鋭い傾きを有し、したがってパラメトリック・ゲイン・ピークが狭いためである。中／高入力パワーに関する７１６ｎｍ信号のスペクトルを、７１６ｎｍおよび１０６４ピークの帯域幅のポンプ・パワーに伴う変化と共に図６に示す。各帯域幅は、両者が３０ｍＷポンプ・パワーで１．８ｎｍＦＷＨＭまで増加するとき、２５ｍＷまでポンプ・パワーに対して不変である。信号のパワーおよびプリズムで分散するポンプ・ビームを測定することにより、このファイバでのパラメトリック変換効率を求めた。３０ｍＷの入力パワーでは、全出力は１１ｍＷであり、そのうち８．３ｍＷが１０６４ｎｍでのポンプであり、２．５ｍＷが７１６ｎｍでの信号であり、２２％の変換であった。予想されるアイドラ波長２．０７μｍで放射は測定されなかった。長波長での閉込め損失が出力でのこの波長の欠如の理由であると考えられる。より小さいポンプ波長偏位のファイバＣを使用すると、ＦＷＭ波長は７３２ｎｍ（実測）および１９４５ｎｍ（信号波長からの推測）にわずかに近くなる。この場合、アイドラ波長での出力放射が観測され
た。３０ｍＷのポンプ・パワーで３ｍの長さの場合、全出力パワーは１３ｍＷであり、そのうち８．０ｍＷが１０６４ｎｍでのポンプであり、４．５ｍＷが７３２ｎｍでの信号であり、３５％の変換、および０．４３ｍＷが１９４５ｎｍでのアイドラであり、３％の変換であった。
【００４９】
ファイバＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｌで測定したパラメトリック光生成の波長を、各ファイバについての測定したλ０からのポンプ波長偏位に対して図１（ｂ）にプロットする。ファイバＧの測定した分散から等式（１）および２によって計算したこれらの点および線の間に良好な一致が見られる。
【００５０】
ＣＷダイオード・レーザ・プローブ・ビームを使用して、２．５ｍの長さのファイバＬについて１３１５ｎｍでのパラメトリック・ゲインを測定した。自発パラメトリック光生成がまだ低い結合ポンプ・パワー４ｍＷ（ピーク・パワー９２０Ｗ）では、１３１５ｎｍで１５μＷのシード・パワーについて＞５５ｄＢの利得を測定した。信号波長（８９５ｎｍ）で光の観測に関するしきい値は、非シード化自発生成に関する２ｍＷ（４６０Ｗピーク）ポンプ・パワーから、１３１５ｎｍでのシード・パワー１１μＷに関する０．９５ｍＷ（２１８Ｗピーク）まで低下した。２ｍＷ（４６０Ｗピーク）ポンプ・パワーでは、シード化パラメトリック光生成が、最低の達成可能シード・パワー０．０７μＷについて観測され、これは、６００ｐｓ利得期間中の３００光子未満に対応する（図４（ｂ））。シード化信号中に見られるモードは、１３１０ｎｍのシード・ダイオード・レーザの縦モードに対応する。必要なポンプおよびシード・パワーは十分低く、フィードバックを有するより長いファイバを使用してＣＷパラメトリック振動を生成することを妥当に期待することができる。
【００５１】
ケースｃ）λｐｕｍｐ＞λ０
ＰＣＦ Ｐは、ゼロ分散波長λ０＝１０３９ｎｍを有する。ポンプ波長偏位は＋２５ｎｍであり、これは、密な間隔の波長のパワー依存位相整合が存在する領域内にある（ＭＩ、図１（ｂ）の右半分）。ポンプ波長での分散は＋５ｐｓ／ｎｍ ｋｍである。１ｍ、３ｍ、２０ｍ、および１００ｍのこのファイバに関する実測出力スペクトルの入力パワーに伴う変化を図７に示す。短い１ｍおよび３ｍの長さでは、対称的ＭＩピークがポンプ波長の両側近くにはっきりと見える。低パワー（５〜７ｍＷ）では、等式（１）から予想される、生成されるＭＩ波長の入力パワーに伴う偏位があるが、ＭＩピーク中に著しいパワーがあると、波長は飽和を通じて固定される。長い２０ｍおよび１００ｍの長さのファイバでは、ＭＩは、まさに最低のパワー＜２ｍＷでしか見えない。生成される波長は、それが測定されるより低いポンプ・パワーから予想されるように、ポンプにずっと近く（１００ｍではポンプからほとんど分離されない）、やはり、ピークの位置は高パワーで安定する。高パワーでは、出力帯域幅は、広く極めてフラットな連続体に成長し、約５００ｎｍからＯＳＡの限界１７５０ｎｍを超えて広がる。１９００ｎｍを超えるスペクトル中のパワーが確かに存在することを示すために他の検出器を使用した。２０ｍの長さの２つのファイバの代表的高パワー・スペクトルを線形目盛および対数目盛の両方で図８に示す。フラットな連続体のスペクトル特徴の欠如が、ＰＣＦでフェムト秒パルスで生成される連続体と著しい対照をなす。短／中期間時間安定性も良好である。本発明者らは、この連続体を、その入力パワーを監視する必要なしに干渉測定のための光源として応用しているからである。スペクトルが２０ｍのファイバの後で既に極めて広いとき、帯域幅は、１００ｍまでのさらなる伝搬からほとんど得られない。実際、さらなる伝搬の主な効果はパワー損失である。しかし、伝搬は、ファイバの最初の２０ｍで生成される広域スペクトルの受動線形伝搬ではない。このことは、２０から１００ｍの受動ファイバ伝搬に関する８ｄＢに相当する、１３８０ｎｍでのファイバのＯＨ吸収によって引き起こされる出力スペクトル中のディップを見ることによって理解することができる。１００ｍ後のスペクトルで測定される実際のディップはわずか４ｄＢであり、吸収のためにエネルギーが失われるときにエ
ネルギーをこの領域中に再配布し続けることができるのに十分なパワーが吸収の両側の連続体中にあることが示唆される。
【００５２】
本発明者らは、ゼロＧＤＶ波長が１０６４ｎｍに近い、単一モード・ファイバに関する新しい分散領域を実演した。これが、広くフラットなスペクトル的かつ空間的に明るい単一モード連続体放射のコンパクト・ソースを生成するため、または近赤外の選択した波長でのパルスを生成するためのコンパクトで効率的な波長変換のために、サブナノ秒Ｑスイッチ・レーザ・パルスの非線形相互作用に適用される。広くフラットでコンパクトな連続体源は、ファイバ構成要素のスペクトル試験（これに関しては、本発明者らの実験室では既にその能力および汎用性が既に立証されている）と、化学標本および生体標本のスペクトル分析とへの明らかな応用例を有する。他の選択した波長でのパルス・ナロー・バンド源は、２光子蛍光などの方式での非線形識別および検出に容易に利用可能な波長の範囲を増大させ、他の注目の波長でのファイバ中の非線形相互作用に関するポンプ源を供給する。例えば、７５０ｎｍで生成されたパルスを、Ｔｉ：サファイア・レーザでの連続体生成のために設計された非線形分散偏位ＰＣＦ内に発射することができ、ＩＲ内の１０６４ｎｍで開始したときに可能なものよりもさらに可視光に及ぶ連続体を生成する。観測した非線形性は、ＦＷＭおよびＭＩのよく理解された物理的過程に適合し、ＰＣＦ技術で容易に利用可能な分散の制御により、レーザ工学での非常に重要な波長への応用が可能となった。ファイバ分散のさらなる考慮は、ここで提示した結果をさらに改善する助けとなる。
【００５３】
上述の作業の別の開発では、通常考えられるよりも数倍長いパルスでの強いＦＷＭおよび超連続体生成をここで報告する。この準ＣＷ領域では、必要な（ピーク・パワー）×（相互作用長）が５００Ｗ・ｍ未満であることが示される。上で論じたように、生成される連続体は、分光およびフォトニック・デバイス試験に適用可能である。ＦＷＭを使用して、２光子蛍光顕微鏡検査または別の非線形変換のための特定の所望の波長の強いパルスを生成することができる。
【００５４】
ここで、１０２から１０３Ｗピーク・パワーのナノ秒Ｑスイッチ・レーザ・パルスの単一モード・パラメトリックおよび連続体変換を伴う真ｃｗオペレーションに向けた次のステップを行う。これは、ＱスイッチＮｄレーザのコンパクトかつ低コストの性質のために、科学的関心だけでなく実用上重要である。
【００５５】
コンパクトさおよび低コストのために、受動ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧマイクロチップ・レーザ（７．２５ｋＨｚ、３０ｍＷ、１０６４ｎｍでの短パルス０．６ｎｓ）を選び、安定性および柔軟性のために、能動ＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザ（Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｃ．によって提供される１Ｈｚから５０ｋＨｚ、２５０ｍＷ、１０４７ｎｍの長パルス６〜３０ｎｓ）を選ぶ。図９（ａ）は、λ０＝１０３８ｎｍでのＰＣＦ Ｐに関する出力スペクトルと、両方のポンプ波長での異常分散とを示す。それぞれのレーザは７．２５ｋＨｚおよびフル・パワーで動作する。連続体はどちらのケースでも広くフラットであり、長パルス・レーザのより高い平均パワーがより高いスペクトル密度を与える。図２ｂに、通常の分散領域における、短パルス・レーザを使用したλ０＝１０８０〜１１０５ｎｍを有する６つの異なるＰＣＦからの出力を示す。強い４波混合（ＦＷＭ）が広い間隔の波長で見える。
【００５６】
さらに、ＰＣＦ Ｏでは、通常の分散１０４７ｎｍで、長パルス・レーザが、分離したＦＷＭピークを生成した。これは、図４のＦＷＭと同等であるが、ずっと長いパルスに関するものである。３０ｋＨｚでの持続時間約２０ｎｓのパルスを使用して、１４００ｎｍ付近および８３５ｎｍ付近のＦＷＭピークを生成した。
【００５７】
これらの結果は、現在のコンパクト・レーザ・システムの範囲内のしきい値パワー（〜
１Ｗ）でのファイバ・リング空洞中の真ｃｗ ＯＰＯ振動の可能性を指し示している。
広域スペクトル光源の１例
図１０を参照して、以下の例は、本発明による光源の１つの特定の例を説明する。図１０に示す超連続体光源は３つの区間からなる。第１区間（図１０の要素１から６）は、２ｎｓから５ｎｓのパルス幅（２〜５ｎｓ範囲より短いまたは長い他のパルス長を例えば空洞長を変更することによって実装することができる）を有する１０６４ｎｍの光を放射するｑスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザを形成する。第２区間（図１０の要素７および８）は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの光を第３区間に結合するための光学的結合区間を形成する。第３区間（図１０の要素９）は光非線形フォトニック結晶ファイバである。
【００５８】
図１０に示す白色光源は、波長８０８ｎｍの持続波モードで最大３Ｗの光を放射するダイオード・レーザ１（ＪＤＳＵ、ＳＤＬ−２４７２−Ｐ１）を使用して組み立てられる。焦点距離８ｍｍの非球面レンズ２（Ｔｈｏｒｉａｂｓ、Ｃ２４０ＴＭ）が、放射光をダイオード・レーザ１からの距離１メートルに集束させるために、ダイオード・レーザ１の正面に約８ｍｍの距離Ｌ１で位置合せされる。焦点距離８ｍｍの第２非球面レンズ３（Ｔｈｏｒｉａｂｓ、Ｃ２４０ＴＭ）が、レンズ２から１０ｍｍの距離Ｌ２でレンズ２と共に軸上に配置される。一方の端部に１０６４ｎｍ光に対する９９．８％反射被覆を有し、他方の端部に１０６４ｎｍ光に対する反射防止膜を有する５ｍｍ厚Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４（１％Ｎｄ）が、レンズ３から８ｍｍの距離Ｌ３でレンズ３と共に軸上に配置される。両方の光学面上に１０６４ｎｍ光に対する７０％初期透過および反射防止膜を有する１ｍｍ厚Ｃｒ４＋：ＹＡＧ結晶５が、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４から０．５ｍｍの距離Ｌ４でＮｄ：ＹＡＧ結晶４と共に軸上に配置される。１０６４ｎｍ光に対する９０％反射被覆を有し、曲率５００ｍｍを有するレーザ・ミラー６（ＣＡＳＩＸ、ＮＤＯ０１１２）が、Ｃｒ４＋：ＹＡＧ結晶５から０．５ｍｍの距離Ｌ５でＣｒ４＋：ＹＡＧ結晶５と共に軸上に配置される。光がレーザ１から放射されると、要素４から６からレーザ光を１０６４ｎｍで放射するためにミラー６を位置合せしなければならない。ミラー６から出る１０６４ｎｍの光の出力パワーを最大にするために、距離Ｌ３を最適化することができる。焦点距離７５ｍｍのレンズ７が、ミラー６から４０ｍｍの距離Ｌ６でミラー６と共に軸上に配置される。焦点距離２．９７ｍｍのレンズ８（Ｌｉｇｈｔｐａｔｈ、３５０６６０）が、レンズ７から１２５ｍｍの距離Ｌ７でレンズ７と共に軸上に配置される。モード・フィールド直径４．０μｍ、開口数０．２０、およびゼロ分散波長１０４０ｎｍを有する光非線形フォトニック結晶ファイバ９（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｒｅ Ａ／Ｓ、Ｂｉｒｋｅｒｏｄ、デンマーク、ＮＬ−４、８−１０４０）が、レンズ８から３ｍｍの距離Ｌ８でレンズ８と共に軸上に入力ファセットと共に配置される。１０６４ｎｍの光のファイバへの結合を最大にするために、２つのレンズ７および８ならびにファイバ９の位置を位置合せしなければならない。
【００５９】
プリフォームから取り出すことによるフォトニック結晶ファイバの製造は、例えばブジャルクレフ（Ｂｊａｒｋｌｅｖ）、ブロエング（Ｂｒｏｅｎｇ）、およびブジャルクレフ（Ｂｊａｒｋｌｅｖ）、「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｒｅｓ」、Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、２００３、第４章、１１５〜１３０ページで論じられている。
【００６０】
上記でいくつかの好ましい実施形態を示したが、本発明はそれに限定されず、特許請求の範囲に記載の主題の範囲内の他の方式で実施できることを強調しておく。
【００６１】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１（ａ）】考慮するいくつかのファイバ（表１のファイバＯ、Ｐ、およびＧにそれぞれ対応する０５Ａ、０５Ｅ、および３１Ｇ）についての実測分散曲線、ならびに円形ホールおよびピッチΛ、３μｍおよびｄ／Λ＝０．３を有する通常のＰＣＦについて計算した分散のプロット。
【図１（ｂ）】２ωｐｕｍｐ→ωｓｉｇｎａｌ＋ωｉｄｌｅｒについての非線形位相整合条件のプロット（実線：入力パワー１４Ｗ、１４０Ｗ、１４００ＷでのファイバＧの実測分散曲線から計算。円：ファイバＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｌ（表１）についての実測波長およびポンプ波長偏位）。
【図２】ファイバＯ、Λ＝２．９７、ｄ／Λ＝０．３９、λ０＝１０６５ｎｍのＳＥＭ。
【図３】Ｎｕｆｅｒｎ １０００−ＨＰ単一モード・ファイバの１００ｍからの実測出力連続スペクトルを示す図（ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅の尺度）。
【図４（ａ）】通常の分散領域での強いパラメトリック光生成を示す６ｍの長さのＰＣＦ Ｌについての出力スペクトルを示す図。
【図４（ｂ）】２ｍＷポンプおよび９．５、４．２、１．４、０．０７μＷシードでの２．５ｍの長さのＰＣＦ Ｌについての信号出力を示す図（ポンプのみ、シードなし、ブラック。１μＷ ｃｗシードは６００ｐｓでの４０００光子。分光計分解能０．１ｎｍ）。
【図５（ａ）】通常の分散領域で強いパラメトリック光生成を示す３ｍの長さのＰＣＦ Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉについての出力スペクトルを示す図。入力パワー１０〜２０ｍＷ。分光計分解能０．２ｎｍ（１７５０ｎｍより長いアイドラ波長はこの分光計では測定されない）。
【図５（ｂ）】λｓｉｇｎａｌ＝７１６ｎｍを生成するファイバＢについてのスペクトルのパワー依存性を示す図。
【図６】図５（ｂ）のファイバＢからのスペクトルの詳細を示す図（分光計解像度０．２ｎｍ）。
【図６（ａ）】ポンプ波長（１０６４ｎｍ）およびＯＰＧ信号波長（７１６ｎｍ）での出力の線幅（半値全幅）を示す図。
【図６（ｂ）】低／高入力パワーに対するＯＰＧ信号波長での正規化出力スペクトルを示す図。
【図７（ａ）】１ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図７（ｂ）】３ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図７（ｃ）】２０ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図７（ｄ）】１００ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図８（ａ）】３０ｍＷ入力パワーでの２０ｍの長さのファイバＯおよびＰについての出力スペクトルを対数目盛で示す図。
【図８（ｂ）】３０ｍＷ入力パワーでの２０ｍの長さのファイバＯおよびＰについての出力スペクトルを線形目盛で示す図（任意単位、１０６４ｎｍでの残留ポンプ・ピークに正規化）。
【図９】短／長パルスでの２０ｍのＰＣＦ Ｐでの出力スペクトル超連続体生成を示す図。
【図１０】本発明による超連続光源の１実施形態を示す図。
【図１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の分野に関し、詳細には、数百ナノメートルの広域スペクトルにわたって延びる波長の光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ中での非線形相互作用に大きな関心が持たれている。例えば石英ガラスの低い非線形性が、ファイバでの長い相互作用長と高いパワー密度によって弱められて、非常に大きな非線形効果が生じる。ほとんどの非線形過程では、位相整合、パルスの広がり、ウォークオフ、および減衰によって決定される有効相互作用長よりも物理的ファイバ長を長くすることができる。具体的には、短パルス伝搬と非線形過程に関する位相整合条件とに関して、ファイバ分散が主要な役割を果たす。
【０００３】
石英ガラスの材料分散それ自体が異常である１３００ｎｍを超えるスペクトル領域で正常または異常のモード分散を有し、任意の所与の波長でゼロ分散となるようにファイバを設計および作製することができる（例えば、遠隔通信システムで使用される分散シフトファイバ）。しかし、シリカのステップ・インデックス単一モード光ファイバのゼロ分散波長λ０を、バルク・シリカのゼロ分散波長である１２７０ｎｍよりも短い波長まで移動することは不可能である。
【０００４】
フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ、微細構造ファイバまたはホーリー・ファイバとしても知られる）は、比較的新しい種類の光ファイバである。ＰＣＦは、複数の細長いホールを形成する固体マトリックス材料から形成され、クラッディング領域とコア領域とを有する。ＰＣＦは、コア領域とクラッディング領域の間の界面での全内部反射を含むいくつかの機構によってそのコア領域で光を誘導する。ＰＣＦが単一の固体材料から作製されている場合でも、クラッディング領域中のホールがクラッディングの有効屈折率を低下させ、固体コア領域とクラッディング領域の間で屈折率ステップを与え、誘導光の全内部反射を可能にする。
【０００５】
フォトニック結晶ファイバでは、単一モード・シリカ・ファイバのゼロ分散波長をずっと短い波長にシフトすることが可能である（例えば、ディー モギレフチェフ（Ｄ．Ｍｏｇｉｌｅｖｔｓｅｖ）、ティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、「Ｇｒｏｕｐ−ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅｓ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、２３（２１）、１６６２〜１６６４ページ、１９９８年、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ジェー アリアガ（Ｊ．Ａｒｒｉａｇａ）、ティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、エー オルチゴサ・ブランチ（Ａ．Ｏｒｔｉｇｏｓａ−Ｂｌａｎｃｈ）、ダブリュー ジェー ワズワース（Ｗ．Ｊ．Ｗａｄｓｗｏｒｔｈ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、「Ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１２巻、８０７〜８０９ページ、２０００年、およびジェー ケー ランカ（Ｊ．Ｋ．Ｒａｎｋａ）、アール エス ワインデラー（Ｒ．Ｓ．Ｗｉｎｄｅｌｅｒ）、エー ジェー ステンツ（Ａ．Ｊ．Ｓｔｅｎｔｚ）、「Ｖｉｓｉｂｌｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａｉｒ−ｓｉｌｉｃａ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅｓ ｗｉｔｈ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｔ ８００ ｎｍ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ、２５（１）、２５〜２７ページ、２０００年を参照）。これが、７５０〜８５０ｎｍのモード・ロックＴｉ：サファイア・レ
ーザで励起された領域５８０〜９００ｎｍでゼロ分散波長を有する小コア高インデックス・コントラストＰＣＦで超連続体を生成するのに、劇的な効果を与えている。こうしたファイバは通常は厳密には単一モードではないが、高次モードの励起が難しく、通常の曲げでは基本モードにも結合されず、したがってファイバを単一モードであるかのように使用することができる。
【０００６】
厳密に単一モードのＰＣＦを製作することができるだけでなく、全波長にわたって１つの導波モードだけをサポートするいわゆるエンドレス単一モードＰＣＦも製作することができる（例えば、ティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、「Ｅｎｄｌｅｓｓｌｙ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅ」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．第２２巻、９６１〜９６３ページ、１９９７年、およびティー エー バークス（Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ）、ディー モギレフチェフ（Ｄ．Ｍｏｇｉｌｅｖｔｓｅｖ）、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、ジェー ブロエング（Ｊ．Ｂｒｏｅｎｇ）、ピー ジェー ロバーツ（Ｐ．Ｊ．Ｒｏｂｅｒｔｓ）、ジェー エー ウエスト（Ｊ．Ａ．Ｗｅｓｔ）、ディー シー アラン（Ｄ．Ｃ．Ａｌｌａｎ）、ジェー シー ファジャルド（Ｊ．Ｃ．Ｆａｊａｒｄｏ）、「Ｔｈｅ ａｎａｌｏｇｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅｓ ａｎｄ
ｓｔｅｐ ｉｎｄｅｘ ｆｉｂｒｅｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｒｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ペーパーＦＧ４−１、１１４〜１１６ページ、１９９９年２月２６日（金）を参照）。
【０００７】
シュレイバーら（Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ ｅｔ ａｌ．）は、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍ．、第２２８巻、２００３年の７１〜７８ページで、１０４０ｎｍで動作するイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器からピコ秒パルスで励起することによるＰＣＦからの超連続スペクトルの生成を報告している。
【０００８】
タウンら（Ｔｏｗｎ ｅｔ ａｌ．）は、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ−Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ、第７７巻、２００３年の２３５〜２３８ページで、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザからのナノ秒パルスで励起することによる、無秩序微細構造エア・シリカ光ファイバからの超連続スペクトルの生成を報告している。
【０００９】
コーエンら（Ｃｏｅｎ ｅｔ ａｌ．）は、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、第２６巻、２００１年の１３５６〜１３５８ページで、６４７ｎｍで動作するＫｒ−イオン・レーザから６７５Ｗピーク・パワーの６０ｐｓパルスで励起することによるＰＣＦからの超連続体の生成を報告している。
【００１０】
ダドレーら（Ｄｕｄｌｅｙ ｅｔ ａｌ．）は、５３２ｎｍで動作する周波数２倍ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧマイクロチップ・レーザから０．８ｎｓ持続時間のパルスで励起することによるエア・シリカ微細構造ファイバからの超連続体の生成を報告している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、広域スペクトルにわたって拡散する波長の、比較的コンパクトで安価な光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、基本波長または基本波長付近で動作して０．５ｎｓより長い持続時間を有するパルスを生成するレーザと、パルスを誘導するように構成された微細構造光ファ
イバとを有する、３００ｎｍ超にわたって延びる波長のスペクトルの光源であって、ファイバ中のパルスによって光が生成される光源が提供される。
【００１３】
スペクトルは、３００ｎｍにわたるほぼすべての波長の光を有する超連続スペクトルでもよく、または全体で３００ｎｍにわたって延びるわずか数個の広い間隔の波長の光を含むスペクトルでもよい。この場合、スペクトルは、４波混合（ＦＷＭ）によって生成することができる。したがって、光源は、微細構造ファイバでＦＷＭによって光を生成する光源でもよく、生成された光はほぼＦＷＭ波長でよい。本発明者らは、ＦＷＭピークが有用となる比較的長いパルスによってＦＷＭピークが微細構造ファイバで十分効率的に生成されるという驚くべき発見をした。本発明者らはまた、ＦＷＭピークが高パワーで著しく広がらないということも発見した。レーザは、ＮＤ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｔｉ：サファイアなどのゲイン結晶を利用する固体レーザでもよい。レーザはＱスイッチ型でもよい。レーザはモノリシック・レーザでもよい。マイクロチップ・レーザ、非平面リング・レーザなどのモノリシック・レーザでは、共振器ミラーが、レーザ・ゲイン結晶上に直接被覆される。レーザは、一般に１つまたは複数のダイオード・レーザによって励起される。
【００１４】
マイクロチップ・レーザは、Ｋｒ−イオン・レーザなどのメインフレーム・レーザよりもかなり安価であり、よりコンパクトである。
レーザは周波数２倍ではなく、その基本波長または基本波長付近で動作する。従来技術では、ＰＣＦを励起するのに使用されてきたマイクロチップ・レーザは周波数２倍であった。マイクロチップ・レーザ基本波長、例えば１０００ｎｍから１１００ｎｍで、非常に広域のスペクトルの生成を達成できることは驚くべきことである。
【００１５】
この波長の長パルスを使用して広域スペクトルを生成できることが特に驚くべきことである。光のパルスは、５００ｐｓ超、１ｎｓ超、２ｎｓ超、３ｎｓ超、４ｎｓ超、５ｎｓ超、さらには１０ｎｓ超の持続時間でもよい。
【００１６】
比較的低いピーク・パワーのパルスを使用して広域スペクトルを生成できることも特に驚くべきことである。パルスは、５０ｋＷ未満、２０ｋＷ未満、１５ｋＷ未満、１０ｋＷ未満、９ｋＷ未満、３ｋＷ未満、さらには１ｋＷ未満のピーク・パワーを有することができる。
【００１７】
それに伴い広域スペクトルが生成される相対的な難しさの別の徴候は、パルス・ピーク・パワーとファイバ中のパルスの相互作用長（すなわち、パルスが生成している光からパルスを分散分離して多重波相互作用を停止させるのに十分となる前にパルスが移動する長さ。相互作用長の大きさは、ファイバ損失の効果を考慮に入れて計算されることがあり、または計算されないことがある）との積によって与えられる。ピーク・パワーと相互作用長の積が２ｋＷｍ未満、１ｋＷｍ未満、さらには５００Ｗｍ未満であるときに広域スペクトルを生成できることを本発明者らは発見した。
【００１８】
さらに広いスペクトルを生成でき、したがってスペクトルは５００ｎｍ超、または７００ｎｍ超にわたって延びることができることを本発明者らは発見した。
基本波長は６００ｎｍより長くてよい。基本波長は１０００ｎｍから１１００ｎｍの範囲でよい。
【００１９】
微細構造光ファイバは、ゼロ分散波長λ０を有する。レーザの動作波長は、ゼロ分散波長未満でよい。その場合、広域スペクトルは、一般には４波混合によって生成される。
あるいは、レーザの動作波長はゼロ分散波長よりも長くてもよい。その場合、広域スペクトルは一般には変調不安定性によって生成される。
【００２０】
微細構造光ファイバは、１０００ｎｍと１１００ｎｍの間のゼロ分散波長を有することができる。ゼロ分散波長は、ファイバが作成される材料（例えばシリカ）の透過窓中の最短のゼロ分散波長でよい。
【００２１】
微細構造光ファイバは、波長のスペクトル中の全波長、例えば４波混合またはパルスからの超連続体生成で生成された全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成することができる。
【００２２】
微細構造光ファイバは、単一横モードでのパルスの伝搬をサポートするように構成することができる。周波数２倍で動作するのではなく基本波長で動作するレーザを使用する利点は、基本波長が第２高調波の波長よりも長くなり、その場合微細構造ファイバを単一モードとなるように製作することが容易であることである。５３２ｎｍで動作する周波数２倍マイクロチップ・レーザを利用する従来技術のシステムは、その微細構造ファイバの高次モードで伝搬するパルスを生成し、その波長で基本モードで伝搬するためには、微細構造ファイバのコアの直径を１ミクロン未満にする必要があり、製作が難しい。
【００２３】
微細構造光ファイバは、全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成することができる。
波長のスペクトルの光の７０％超、８０％超、９０％超、さらには９５％超が、ファイバによってサポートされる最低次の横モードでよい。
【００２４】
微細構造ファイバは、２．５ミクロン超、２．７ミクロン超、さらには２．９ミクロン超のピッチを有することができる。
微細構造ファイバは、４ミクロン超、４．５ミクロン超、さらには４．８ミクロン超の直径を有するコアを有することができる。
【００２５】
微細構造ファイバは、直径ｄおよびピッチΛのホールのアレイを有するクラッディング領域を有することができ、ｄ／Λは０．７未満、０．６未満、０．５未満、さらには０．４未満である。
【００２６】
微細構造ファイバは、８μｍ２超、９μｍ２超、１２μｍ２超、１４μｍ２超、さらには１５μｍ２超の有効非線形面積を有することができる。それによって高パワー・スペクトルが可能となる。
【００２７】
微細構造ファイバは、パルス相互作用長よりも短くてよい。別の箇所で論じるように、パルスは、微細構造ファイバ中の過程の連鎖によって波長のスペクトルの光を生成することができる。例えば、特定の波長、例えば４波混合波長でより高い出力パワーを得るために、そのような短い長さを使用して特定の点でその連鎖を停止させることが望ましいことがある。ファイバ長は、パルス・ウォークオフ長として計算されるパルスの相互作用長よりも短くてよい。ファイバ中の損失の効果のためにより短い長さの後に波長の追加の生成がほとんど生じない可能性があるからである。
【００２８】
光源は、波長のスペクトルの小区分中の波長の光を選択するフィルタを含むことができる。
さらに、本発明によれば、５００ｎｍにわたって延びる波長のスペクトルの光を生成する方法であって、レーザをその基本波長または基本波長付近で操作して０．５ｎｓより長い持続時間の光のパルスを供給し、微細構造光ファイバ中でパルスを誘導する方法が提供される。
【００２９】
波長のスペクトルの光は、その後に超連続体生成が続く非線形過程の連鎖、例えば４波
混合によって生成することができる。そのような連鎖した非線形性を使用することにより、例えば１０６４ｎｍで動作する、例えばマイクロチップ・レーザから、可視波長、さらには紫外波長で著しいエネルギーを有するスペクトルを生成できることを本発明者らは発見した。５００ｎｍより短い波長にわたって延びる連続体の生成は特に有利であり、多くの潜在的用途を有する。それは、周波数２倍マイクロチップ・レーザ（例えば、５３２ｎｍ光から超連続体を生成するレーザ）を利用する従来技術のシステムでは達成されていなかった。しかし、基本波長で動作するモノリシック・レーザからの光、例えば４波混合によって７００ｎｍから８００ｎｍの範囲の波長に変換され、次いで超連続体に変換された１０００ｎｍから１１００ｎｍの範囲（例えば１０６４ｎｍ）で動作するマイクロチップ・レーザからの光を変換することにより、可視またはＵＶに延びるスペクトルの生成が可能であることを本発明者らは発見した。
【００３０】
次に、添付の図を参照しながら、単なる例示によって本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
当技術分野で周知の技法を使用して、ＰＣＦは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長１０６４ｎｍ付近の、およびその両方の側のゼロ分散波長を用いて設計および製作されてきた。こうしたファイバを１０６４ｎｍの６００ｐｓパルス中のμＪエネルギーで励起したときのこうしたファイバでの変調不安定性、超連続体生成、ならびにパラメトリック光生成および増幅を本発明者らは詳細に調査した。Ｑスイッチ・ナノ秒パルスの使用は、モードロック・フェムト秒／ピコ秒レーザを用いた以前の作業とは著しく異なる。Ｑスイッチングに必要なレーザ技術は、モード・ロッキングよりもずっと単純であり、サイズとコストの節約が可能となる。ターゲット波長範囲１０４０〜１０７０ｎｍ内の多数のＮｄ／Ｙｂドープ・レーザも存在し、それを直接ダイオード励起することができ、したがってそれはコンパクトかつ効率的である。
【００３２】
大部分の以前の超連続体生成実験は、モード・ロック・レーザからのフェムト秒パルスを使用して超短パルス領域に焦点を当ててきた。その場合、自己位相変調、ソリトン効果、およびパルス・ウォークオフが重要な考慮すべき点であり、伝搬が非線形シュレディンガー方程式によって記述される。ここで、伝搬を準ＣＷとみなすことのできる、ずっと長いパルスを考慮する。パルスのエッジでのｄＩ／ｄｔの効果も、異なる波長間のパルス・ウォークオフも著しくはない。この場合、主な非線形過程は、ポンプから等しい周波数間隔の側波帯を生成するための、位相整合４波混合（ＦＷＭ）である。こうした過程に関する利得は、シリカの非線形屈折率ｎ２＝２×１０−２０ｍ２／Ｗによって与えられる。位相整合とエネルギーの保存により、以下の式が与えられる。
【００３３】
２ｋｐｕｍｐ＝ｋｓｉｇｎａｌ＋ｋｉｄｌｅｒ＋２γＰ （１）
および
２ωｐｕｍｐ＝ωｓｉｇｎａｌ＋ωｉｄｌｅｒ （２）
上式で、ｋｊはモードの波数ベクトル（伝搬定数）であり、ωｊは、ポンプ波、信号波、およびアイドラ波の周波数であり、Ｐはポンプ・パワー（準ＣＷの場合、ピーク・ポンプ・パワー）であり、γはファイバの非線形係数である。
【００３４】
【数１】
【００３５】
上式で、Ａｅｆｆは、ファイバの有効面積であり、λはポンプ波長である。こうした位相整合条件は、所与のファイバ中のピーク・ゲインに対する波長を与え、ファイバの色分散に依存する。様々なファイバに関する分散を測定または計算することができ、したがって位相整合条件（１）を計算することができる。ＰＣＦの数値モデリングより、伝搬定数ｋｉを直接得ることができ、次いでそれを（１）にあてはめることができる。測定値については、わかるのは群速度分散、伝搬定数の２次導関数だけである。通常は、（光振動数の関数としての）分散曲線をテイラー級数として分散係数βｎで展開し、分散係数βｎから位相整合（１）を計算することができる。ここで考慮するＰＣＦでは、実測群速度分散曲線に対する妥当なフィットおよび補外を与えるために、β６までの項を含めた（図１ａ）。テイラー係数β２（ｐｓ２／ｋｍ）は、群速度分散に関する工学単位Ｄ（ｐｓ／ｎｍ
ｋｍ）に
【００３６】
【数２】
【００３７】
により関係付けられている。
１ＰＣＦの測定した分散から計算された位相整合ＦＷＭ波長を、ゼロ分散波長からのポンプ波長偏位の関数として図１（ｂ）に示す。ａ）λｐｕｍｐ≪λ０、ｂ）λｐｕｍｐ≦λ０、ｃ）λｐｕｍｐ＞λ０という３つの重要な領域がある。
【００３８】
これらを逆の順序で考慮する。ケースｃ）（図１（ｂ）の右半分）は、ポンプ波長に近いＦＷＭピークの強いパワー依存位相整合を示す。この領域での（１）の解に対しては非ゼロ値のγＰが必要である。このことは、すべてのファイバの異常分散領域で生じる変調不安定性（ＭＩ）のよく知られた現象である。ゲイン・ピークは比較的広く、中央周波数は、主に群速度分散β２に依存し、より高次の分散への依存はわずかである。
【００３９】
ケースｂ）（図１（ｂ）の左半分）では、広い間隔のＦＷＭピークの主にパワー独立の位相整合が存在する。この領域での（１）の解は、ゼロ・パワーでも存在するが、非ゼロ高次分散についてのみである（テイラー展開中の偶数項β４、β６などのみ）。ゲイン・ピークは比較的狭く、中央周波数は、高次の分散に強く依存する。
【００４０】
ケースａ）（図１（ｂ）の左側の向こう）では、ＦＷＭについて位相整合は存在しない。ａ）とｂ）の間の境界は、実験的位置および理論的位置を有する。図１（ｂ）より、λ０からのポンプの偏位が増大するとき、アイドラ波長が２μｍをさらに超えて偏位することがわかる。２．２μｍを超えて生成されたアイドラ信号は、シリカの吸収がこの波長範囲で急速に増大するために検出することができない。吸収を無視しても、理想化されたファイバは、湾曲してそれ自体の上に戻るＦＷＭ位相整合分岐を示し、ＦＷＭが生じることのできる最大波長偏位に対する制限が与えられる。
【００４１】
広い間隔のＦＷＭピーク（ケースｂ）を頻繁に議論したが、それは、ゼロ分散波長６５２ｎｍのＰＣＦでモード・ロックＫｒ＋レーザからの６４７ｎｍの６０ｐｓパルスを使用して、本発明者らによって最近になって発見されただけである（例えば、ジェイ ディー
ハーヴェイ（Ｊ．Ｄ．Ｈａｒｖｅｙ）、アール レオンハルト（Ｒ．Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ）、ケー エル ジー ウォング（Ｋ．Ｌ．Ｇ．Ｗｏｎｇ）、ジェー シー ナイト（Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ）、ダブリュー ジェイ ワズワース（Ｗ．Ｊ．Ｗａｄｓｗｏｒｔｈ）、およびピー エスティー ジェー ラッセル（Ｐ．Ｓｔ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ）、
「Ａｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅ
ｖｉｓｉｂｌｅ ｕｓｉｎｇ ＰＣＦ」、ＣＬＥＯ ２００３、ペーパー ＣＭＲ３（２００３年）を参照）。この研究では、本発明者らは、入手可能な多数の異なるＮｄ／Ｙｂドープ・レーザを考えると、工学的に非常に重要な、１桁長い６００ｐｓおよび波長１０６４ｎｍのパルスで、ＦＷＭ／ＭＩ現象を詳細に調査している。
【００４２】
ＦＷＭ／ＭＩ利得と同様に、すべてのシリカ・ファイバは、特性偏位１３ＴＨｚでラマン利得を示す。これは位相整合過程ではないので、すべてのファイバで生じ、ファイバ分散の差によってあまり影響を受けない。位相整合が利用可能である場合、ＦＷＭ／ＭＩ利得はシリカではラマン利得よりも一般に大きく、したがって、著しいラマン効果が観測されることが予想されるのは、ＦＷＭ／ＭＩ利得が存在しないとき（すなわち、ケースａの場合）だけである。
【００４３】
多くのＰＣＦは、１０６４ｎｍの一方の側に対するゼロ分散波長で製作される。ファイバは、標準ファイバ・クリーバ、ストリッパ、機械的ホルダ、およびアダプタとの互換性のために、１２５μｍの外径と２５０μｍアクリラート・バッファとを有する。ファイバのすべては、名目上同一のホール間ピッチΛ＝３μｍを有するが、コア直径約５μｍに対応する、ｄ／Λ＝０．３からｄ／Λ＝０．５までの異なるホール直径ｄを有する。ホールが大きくなると、ゼロ分散波長はより短い波長となる。実測ゼロ分散波長λ０は１０４０ｎｍから１１０５ｎｍに及ぶ。製造中にファイバ損失を低減するための特定の試みは行わず、その結果、ファイバ損失は比較的高く、１５５０ｎｍで４．５ｄＢ／ｋｍ、１０６４ｎｍで１２ｄＢ／ｋｍ、１３８０ｎｍのＯＨ−吸収のピークで１１０ｄＢ／ｋｍであった。代表的ファイバの走査電子顕微鏡写真を図２に示す。比較のために、単一モード・カットオフ波長９２０ｎｍと１０６０ｎｍでのモード・フィールド直径６．２μｍとを有する従来型ステップ型ファイバＮｕｆｅｒｎ １０００−ＨＰも調査した。
【００４４】
ファイバ中の非線形相互作用は、受動ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ（ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅモデル番号ＮＰ−１０６２０−１００）からの６００ｐｓパルスで励起することによって観測された。ファイバに送達された平均パワーは３０ｍＷであり、パルス反復率７．２５ｋＨｚと共に、パルス・エネルギー４．１μＪおよびピーク・パワー６．９ｋＷに対応する。様々な単一モード・ファイバへの結合効率は３５〜５０％であった。このポンプ・レーザは低コストであり、レーザ・ヘッドが１００×２２×３２ｍｍで極めてコンパクトであり、これにより、波長変換および連続体生成への科学的関心に対して実際的な有用性が加えられる。試験下でのファイバへのパワー入力を、マイカ波長板および結晶偏光子を使用して制御した。ファイバへの入力の偏光を、すべての時間で垂直に固定した。入力パワーおよび出力パワーを、生成される広い範囲の出力波長にわたってフラットなスペクトル応答を有するために熱パワー・メータで測定した。出力スペクトルを光スペクトル分析器（Ａｎｄｏ ＡＯ−６３１５Ｂ）で測定した。スペクトル分解能を別段の記述がある場合を除いて５ｎｍに設定した。ＳＦ１１等辺プリズムで出力を分散させ、個々のビームを熱パワー・メータで測定することによって離散的パラメトリック波長でのパワーを測定した。パラメトリック・ゲインの測定のために、ファイバ結合ＣＷダイオード・レーザからの出力を、被覆されていないガラス板からの４５°での反射によって入力ビームに導入した。ダイオードの偏光を板からの最大反射のために調節した。これは、ポンプ光偏光に平行な、支配的垂直偏光に対応する。ファイバに結合されるシード・パワーを、シード波長で較正した低パワー・フォトダイオード検出器を使用してファイバ出力で測定した。
【００４５】
表１に、この文書で考慮するいくつかのＰＣＦについての光学的データを示す。低コヒーレンス干渉技法を使用して分散を測定した。パラメトリック光生成（ＯＰＧ）波長とは、１から３ｍの短い長さのファイバが１０６４ｎｍのパルスで励起されたときの実測出力
波長を指す。ファイバＰを除く、表１に列挙したすべてのファイバはエンドレス単一モードである。波長がどうであっても１つの導波モードしか存在しない。ホール直径ｄ／Λ＞０．４を有するファイバＰはエンドレス単一モードではないが、単一モード・カットオフ波長は＜６５０ｎｍであり、したがって、注目の波長での単一モードである。ファイバの選択のための実測分散曲線が、Λ＝３μｍ、ｄ／Λ＝０．３の理想化されたファイバについて計算された曲線と共に図１（ａ）に示されている。上述の非線形相互作用の異なる領域が、利用可能なファイバの範囲ですべてアクセス可能である。ａ）Ｎｕｆｅｒｎ １０００−ＨＰの従来型ステップ型ファイバで表されるλｐｕｍｐ≪λ０、ｂ）ＰＣＦ Ｌで表されるλｐｕｍｐ≦λ０、ｃ）ＰＣＦ Ｐで表されるλｐｕｍｐ＞λ０。
【００４６】
それぞれのケースについて、入力パワーおよびファイバ長に伴う出力スペクトルの変化を以下のセクションで論じる。
ケースａ）λｐｕｍｐ≪λ０
ステップ型ファイバ１０００−ＨＰは、実測ゼロ分散波長λ０＝１４４０ｎｍを有する。ポンプ波長偏位は非常に大きく−３７６ｎｍであり、これは、非線形位相整合が存在しない領域内にある。ポンプ波長１０６４ｎｍでの分散は、−３７ｐｓ／ｎｍ ｋｍである。１００ｍのこのファイバに関する入力パワーに伴う実測出力スペクトルの変化を図３に示す。著しいラマン生成が存在し、数次のラマン・ストークス線が見える。スペクトルは片側であり、ポンプよりも短い波長の生成はない。予想通り、これは、パラメトリック法の欠如を明白に示している。
【００４７】
ケースｂ）λｐｕｍｐ≦λ０
ＰＣＦ Ｌは、実測ゼロ分散波長λ０＝１０６９ｎｍを有する。ポンプ波長偏位は小さく−５ｎｍであり、これは、広い間隔の波長の位相整合が存在し、パワー依存性がほとんどない領域内にある（ＦＷＭ、図１（ｂ）の左半分）。ポンプ波長での分散も小さく、丁度−１ｐｓ／ｎｍ ｋｍである。６ｍのこのファイバに関する実測出力スペクトルの入力パワーに伴う変化を図４（ａ）に示す。低パワーでは、２つの別個のパラメトリック波長が、ポンプ波長についてのエネルギーにおいて等しい間隔の８９５ｎｍと１３１５ｎｍで生成される。これは位相整合計算から予想される通りである。ポンプ・パワーがさらに増大するとき、ポンプ波長、信号波長、およびアイドラ波長についてのスペクトルの広がりがある。他のＰＣＦ、−４０ｎｍまでのλ０からのポンプ偏位を伴うＡ〜Ｎでは、６８６ｎｍから９７５ｎｍまでの範囲の信号波長と、１１６８ｎｍから１９００ｎｍを超える範囲のアイドラ波長を伴う類似のパラメトリック光生成が見られる（表１、図５（ａ））。
【００４８】
図４（ａ）の高パワーで見られる、生成されたパラメトリック・ピークの広がりは、より広い間隔のＦＷＭ波長を生成するファイバではかなり低減される。例えば、図５（ｂ）は、ファイバＢについての出力を示す。ここで、ポンプ・パワーが増大するときにポンプおよび信号波長の広がりは非常に少ない。これは、式（１）の右辺が、厳密な位相整合解に近い（信号波長の変化に対する）鋭い傾きを有し、したがってパラメトリック・ゲイン・ピークが狭いためである。中／高入力パワーに関する７１６ｎｍ信号のスペクトルを、７１６ｎｍおよび１０６４ピークの帯域幅のポンプ・パワーに伴う変化と共に図６に示す。各帯域幅は、両者が３０ｍＷポンプ・パワーで１．８ｎｍＦＷＨＭまで増加するとき、２５ｍＷまでポンプ・パワーに対して不変である。信号のパワーおよびプリズムで分散するポンプ・ビームを測定することにより、このファイバでのパラメトリック変換効率を求めた。３０ｍＷの入力パワーでは、全出力は１１ｍＷであり、そのうち８．３ｍＷが１０６４ｎｍでのポンプであり、２．５ｍＷが７１６ｎｍでの信号であり、２２％の変換であった。予想されるアイドラ波長２．０７μｍで放射は測定されなかった。長波長での閉込め損失が出力でのこの波長の欠如の理由であると考えられる。より小さいポンプ波長偏位のファイバＣを使用すると、ＦＷＭ波長は７３２ｎｍ（実測）および１９４５ｎｍ（信号波長からの推測）にわずかに近くなる。この場合、アイドラ波長での出力放射が観測され
た。３０ｍＷのポンプ・パワーで３ｍの長さの場合、全出力パワーは１３ｍＷであり、そのうち８．０ｍＷが１０６４ｎｍでのポンプであり、４．５ｍＷが７３２ｎｍでの信号であり、３５％の変換、および０．４３ｍＷが１９４５ｎｍでのアイドラであり、３％の変換であった。
【００４９】
ファイバＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｌで測定したパラメトリック光生成の波長を、各ファイバについての測定したλ０からのポンプ波長偏位に対して図１（ｂ）にプロットする。ファイバＧの測定した分散から等式（１）および２によって計算したこれらの点および線の間に良好な一致が見られる。
【００５０】
ＣＷダイオード・レーザ・プローブ・ビームを使用して、２．５ｍの長さのファイバＬについて１３１５ｎｍでのパラメトリック・ゲインを測定した。自発パラメトリック光生成がまだ低い結合ポンプ・パワー４ｍＷ（ピーク・パワー９２０Ｗ）では、１３１５ｎｍで１５μＷのシード・パワーについて＞５５ｄＢの利得を測定した。信号波長（８９５ｎｍ）で光の観測に関するしきい値は、非シード化自発生成に関する２ｍＷ（４６０Ｗピーク）ポンプ・パワーから、１３１５ｎｍでのシード・パワー１１μＷに関する０．９５ｍＷ（２１８Ｗピーク）まで低下した。２ｍＷ（４６０Ｗピーク）ポンプ・パワーでは、シード化パラメトリック光生成が、最低の達成可能シード・パワー０．０７μＷについて観測され、これは、６００ｐｓ利得期間中の３００光子未満に対応する（図４（ｂ））。シード化信号中に見られるモードは、１３１０ｎｍのシード・ダイオード・レーザの縦モードに対応する。必要なポンプおよびシード・パワーは十分低く、フィードバックを有するより長いファイバを使用してＣＷパラメトリック振動を生成することを妥当に期待することができる。
【００５１】
ケースｃ）λｐｕｍｐ＞λ０
ＰＣＦ Ｐは、ゼロ分散波長λ０＝１０３９ｎｍを有する。ポンプ波長偏位は＋２５ｎｍであり、これは、密な間隔の波長のパワー依存位相整合が存在する領域内にある（ＭＩ、図１（ｂ）の右半分）。ポンプ波長での分散は＋５ｐｓ／ｎｍ ｋｍである。１ｍ、３ｍ、２０ｍ、および１００ｍのこのファイバに関する実測出力スペクトルの入力パワーに伴う変化を図７に示す。短い１ｍおよび３ｍの長さでは、対称的ＭＩピークがポンプ波長の両側近くにはっきりと見える。低パワー（５〜７ｍＷ）では、等式（１）から予想される、生成されるＭＩ波長の入力パワーに伴う偏位があるが、ＭＩピーク中に著しいパワーがあると、波長は飽和を通じて固定される。長い２０ｍおよび１００ｍの長さのファイバでは、ＭＩは、まさに最低のパワー＜２ｍＷでしか見えない。生成される波長は、それが測定されるより低いポンプ・パワーから予想されるように、ポンプにずっと近く（１００ｍではポンプからほとんど分離されない）、やはり、ピークの位置は高パワーで安定する。高パワーでは、出力帯域幅は、広く極めてフラットな連続体に成長し、約５００ｎｍからＯＳＡの限界１７５０ｎｍを超えて広がる。１９００ｎｍを超えるスペクトル中のパワーが確かに存在することを示すために他の検出器を使用した。２０ｍの長さの２つのファイバの代表的高パワー・スペクトルを線形目盛および対数目盛の両方で図８に示す。フラットな連続体のスペクトル特徴の欠如が、ＰＣＦでフェムト秒パルスで生成される連続体と著しい対照をなす。短／中期間時間安定性も良好である。本発明者らは、この連続体を、その入力パワーを監視する必要なしに干渉測定のための光源として応用しているからである。スペクトルが２０ｍのファイバの後で既に極めて広いとき、帯域幅は、１００ｍまでのさらなる伝搬からほとんど得られない。実際、さらなる伝搬の主な効果はパワー損失である。しかし、伝搬は、ファイバの最初の２０ｍで生成される広域スペクトルの受動線形伝搬ではない。このことは、２０から１００ｍの受動ファイバ伝搬に関する８ｄＢに相当する、１３８０ｎｍでのファイバのＯＨ吸収によって引き起こされる出力スペクトル中のディップを見ることによって理解することができる。１００ｍ後のスペクトルで測定される実際のディップはわずか４ｄＢであり、吸収のためにエネルギーが失われるときにエ
ネルギーをこの領域中に再配布し続けることができるのに十分なパワーが吸収の両側の連続体中にあることが示唆される。
【００５２】
本発明者らは、ゼロＧＤＶ波長が１０６４ｎｍに近い、単一モード・ファイバに関する新しい分散領域を実演した。これが、広くフラットなスペクトル的かつ空間的に明るい単一モード連続体放射のコンパクト・ソースを生成するため、または近赤外の選択した波長でのパルスを生成するためのコンパクトで効率的な波長変換のために、サブナノ秒Ｑスイッチ・レーザ・パルスの非線形相互作用に適用される。広くフラットでコンパクトな連続体源は、ファイバ構成要素のスペクトル試験（これに関しては、本発明者らの実験室では既にその能力および汎用性が既に立証されている）と、化学標本および生体標本のスペクトル分析とへの明らかな応用例を有する。他の選択した波長でのパルス・ナロー・バンド源は、２光子蛍光などの方式での非線形識別および検出に容易に利用可能な波長の範囲を増大させ、他の注目の波長でのファイバ中の非線形相互作用に関するポンプ源を供給する。例えば、７５０ｎｍで生成されたパルスを、Ｔｉ：サファイア・レーザでの連続体生成のために設計された非線形分散偏位ＰＣＦ内に発射することができ、ＩＲ内の１０６４ｎｍで開始したときに可能なものよりもさらに可視光に及ぶ連続体を生成する。観測した非線形性は、ＦＷＭおよびＭＩのよく理解された物理的過程に適合し、ＰＣＦ技術で容易に利用可能な分散の制御により、レーザ工学での非常に重要な波長への応用が可能となった。ファイバ分散のさらなる考慮は、ここで提示した結果をさらに改善する助けとなる。
【００５３】
上述の作業の別の開発では、通常考えられるよりも数倍長いパルスでの強いＦＷＭおよび超連続体生成をここで報告する。この準ＣＷ領域では、必要な（ピーク・パワー）×（相互作用長）が５００Ｗ・ｍ未満であることが示される。上で論じたように、生成される連続体は、分光およびフォトニック・デバイス試験に適用可能である。ＦＷＭを使用して、２光子蛍光顕微鏡検査または別の非線形変換のための特定の所望の波長の強いパルスを生成することができる。
【００５４】
ここで、１０２から１０３Ｗピーク・パワーのナノ秒Ｑスイッチ・レーザ・パルスの単一モード・パラメトリックおよび連続体変換を伴う真ｃｗオペレーションに向けた次のステップを行う。これは、ＱスイッチＮｄレーザのコンパクトかつ低コストの性質のために、科学的関心だけでなく実用上重要である。
【００５５】
コンパクトさおよび低コストのために、受動ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧマイクロチップ・レーザ（７．２５ｋＨｚ、３０ｍＷ、１０６４ｎｍでの短パルス０．６ｎｓ）を選び、安定性および柔軟性のために、能動ＱスイッチＮｄ：ＹＬＦレーザ（Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｃ．によって提供される１Ｈｚから５０ｋＨｚ、２５０ｍＷ、１０４７ｎｍの長パルス６〜３０ｎｓ）を選ぶ。図９（ａ）は、λ０＝１０３８ｎｍでのＰＣＦ Ｐに関する出力スペクトルと、両方のポンプ波長での異常分散とを示す。それぞれのレーザは７．２５ｋＨｚおよびフル・パワーで動作する。連続体はどちらのケースでも広くフラットであり、長パルス・レーザのより高い平均パワーがより高いスペクトル密度を与える。図２ｂに、通常の分散領域における、短パルス・レーザを使用したλ０＝１０８０〜１１０５ｎｍを有する６つの異なるＰＣＦからの出力を示す。強い４波混合（ＦＷＭ）が広い間隔の波長で見える。
【００５６】
さらに、ＰＣＦ Ｏでは、通常の分散１０４７ｎｍで、長パルス・レーザが、分離したＦＷＭピークを生成した。これは、図４のＦＷＭと同等であるが、ずっと長いパルスに関するものである。３０ｋＨｚでの持続時間約２０ｎｓのパルスを使用して、１４００ｎｍ付近および８３５ｎｍ付近のＦＷＭピークを生成した。
【００５７】
これらの結果は、現在のコンパクト・レーザ・システムの範囲内のしきい値パワー（〜
１Ｗ）でのファイバ・リング空洞中の真ｃｗ ＯＰＯ振動の可能性を指し示している。
広域スペクトル光源の１例
図１０を参照して、以下の例は、本発明による光源の１つの特定の例を説明する。図１０に示す超連続体光源は３つの区間からなる。第１区間（図１０の要素１から６）は、２ｎｓから５ｎｓのパルス幅（２〜５ｎｓ範囲より短いまたは長い他のパルス長を例えば空洞長を変更することによって実装することができる）を有する１０６４ｎｍの光を放射するｑスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザを形成する。第２区間（図１０の要素７および８）は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの光を第３区間に結合するための光学的結合区間を形成する。第３区間（図１０の要素９）は光非線形フォトニック結晶ファイバである。
【００５８】
図１０に示す白色光源は、波長８０８ｎｍの持続波モードで最大３Ｗの光を放射するダイオード・レーザ１（ＪＤＳＵ、ＳＤＬ−２４７２−Ｐ１）を使用して組み立てられる。焦点距離８ｍｍの非球面レンズ２（Ｔｈｏｒｉａｂｓ、Ｃ２４０ＴＭ）が、放射光をダイオード・レーザ１からの距離１メートルに集束させるために、ダイオード・レーザ１の正面に約８ｍｍの距離Ｌ１で位置合せされる。焦点距離８ｍｍの第２非球面レンズ３（Ｔｈｏｒｉａｂｓ、Ｃ２４０ＴＭ）が、レンズ２から１０ｍｍの距離Ｌ２でレンズ２と共に軸上に配置される。一方の端部に１０６４ｎｍ光に対する９９．８％反射被覆を有し、他方の端部に１０６４ｎｍ光に対する反射防止膜を有する５ｍｍ厚Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４（１％Ｎｄ）が、レンズ３から８ｍｍの距離Ｌ３でレンズ３と共に軸上に配置される。両方の光学面上に１０６４ｎｍ光に対する７０％初期透過および反射防止膜を有する１ｍｍ厚Ｃｒ４＋：ＹＡＧ結晶５が、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶４から０．５ｍｍの距離Ｌ４でＮｄ：ＹＡＧ結晶４と共に軸上に配置される。１０６４ｎｍ光に対する９０％反射被覆を有し、曲率５００ｍｍを有するレーザ・ミラー６（ＣＡＳＩＸ、ＮＤＯ０１１２）が、Ｃｒ４＋：ＹＡＧ結晶５から０．５ｍｍの距離Ｌ５でＣｒ４＋：ＹＡＧ結晶５と共に軸上に配置される。光がレーザ１から放射されると、要素４から６からレーザ光を１０６４ｎｍで放射するためにミラー６を位置合せしなければならない。ミラー６から出る１０６４ｎｍの光の出力パワーを最大にするために、距離Ｌ３を最適化することができる。焦点距離７５ｍｍのレンズ７が、ミラー６から４０ｍｍの距離Ｌ６でミラー６と共に軸上に配置される。焦点距離２．９７ｍｍのレンズ８（Ｌｉｇｈｔｐａｔｈ、３５０６６０）が、レンズ７から１２５ｍｍの距離Ｌ７でレンズ７と共に軸上に配置される。モード・フィールド直径４．０μｍ、開口数０．２０、およびゼロ分散波長１０４０ｎｍを有する光非線形フォトニック結晶ファイバ９（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｒｅ Ａ／Ｓ、Ｂｉｒｋｅｒｏｄ、デンマーク、ＮＬ−４、８−１０４０）が、レンズ８から３ｍｍの距離Ｌ８でレンズ８と共に軸上に入力ファセットと共に配置される。１０６４ｎｍの光のファイバへの結合を最大にするために、２つのレンズ７および８ならびにファイバ９の位置を位置合せしなければならない。
【００５９】
プリフォームから取り出すことによるフォトニック結晶ファイバの製造は、例えばブジャルクレフ（Ｂｊａｒｋｌｅｖ）、ブロエング（Ｂｒｏｅｎｇ）、およびブジャルクレフ（Ｂｊａｒｋｌｅｖ）、「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｒｅｓ」、Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、２００３、第４章、１１５〜１３０ページで論じられている。
【００６０】
上記でいくつかの好ましい実施形態を示したが、本発明はそれに限定されず、特許請求の範囲に記載の主題の範囲内の他の方式で実施できることを強調しておく。
【００６１】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１（ａ）】考慮するいくつかのファイバ（表１のファイバＯ、Ｐ、およびＧにそれぞれ対応する０５Ａ、０５Ｅ、および３１Ｇ）についての実測分散曲線、ならびに円形ホールおよびピッチΛ、３μｍおよびｄ／Λ＝０．３を有する通常のＰＣＦについて計算した分散のプロット。
【図１（ｂ）】２ωｐｕｍｐ→ωｓｉｇｎａｌ＋ωｉｄｌｅｒについての非線形位相整合条件のプロット（実線：入力パワー１４Ｗ、１４０Ｗ、１４００ＷでのファイバＧの実測分散曲線から計算。円：ファイバＣ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｌ（表１）についての実測波長およびポンプ波長偏位）。
【図２】ファイバＯ、Λ＝２．９７、ｄ／Λ＝０．３９、λ０＝１０６５ｎｍのＳＥＭ。
【図３】Ｎｕｆｅｒｎ １０００−ＨＰ単一モード・ファイバの１００ｍからの実測出力連続スペクトルを示す図（ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅の尺度）。
【図４（ａ）】通常の分散領域での強いパラメトリック光生成を示す６ｍの長さのＰＣＦ Ｌについての出力スペクトルを示す図。
【図４（ｂ）】２ｍＷポンプおよび９．５、４．２、１．４、０．０７μＷシードでの２．５ｍの長さのＰＣＦ Ｌについての信号出力を示す図（ポンプのみ、シードなし、ブラック。１μＷ ｃｗシードは６００ｐｓでの４０００光子。分光計分解能０．１ｎｍ）。
【図５（ａ）】通常の分散領域で強いパラメトリック光生成を示す３ｍの長さのＰＣＦ Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉについての出力スペクトルを示す図。入力パワー１０〜２０ｍＷ。分光計分解能０．２ｎｍ（１７５０ｎｍより長いアイドラ波長はこの分光計では測定されない）。
【図５（ｂ）】λｓｉｇｎａｌ＝７１６ｎｍを生成するファイバＢについてのスペクトルのパワー依存性を示す図。
【図６】図５（ｂ）のファイバＢからのスペクトルの詳細を示す図（分光計解像度０．２ｎｍ）。
【図６（ａ）】ポンプ波長（１０６４ｎｍ）およびＯＰＧ信号波長（７１６ｎｍ）での出力の線幅（半値全幅）を示す図。
【図６（ｂ）】低／高入力パワーに対するＯＰＧ信号波長での正規化出力スペクトルを示す図。
【図７（ａ）】１ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図７（ｂ）】３ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図７（ｃ）】２０ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図７（ｄ）】１００ｍのファイバＰからの実測出力連続スペクトルを示す図。偽カラー尺度ｄＢｍ／５ｎｍ帯域幅。
【図８（ａ）】３０ｍＷ入力パワーでの２０ｍの長さのファイバＯおよびＰについての出力スペクトルを対数目盛で示す図。
【図８（ｂ）】３０ｍＷ入力パワーでの２０ｍの長さのファイバＯおよびＰについての出力スペクトルを線形目盛で示す図（任意単位、１０６４ｎｍでの残留ポンプ・ピークに正規化）。
【図９】短／長パルスでの２０ｍのＰＣＦ Ｐでの出力スペクトル超連続体生成を示す図。
【図１０】本発明による超連続光源の１実施形態を示す図。
【図１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３００ｎｍを超えて延びる波長のスペクトルの光源であって、基本波長または基本波長付近で動作し、０．５ｎｓよりも長い持続時間のパルスを生成するレーザと、
該パルスを誘導するように構成された微細構造光ファイバと、
からなり、
該ファイバ中のパルスによって光が生成される光源。
【請求項２】
前記レーザがモノリシック・レーザである請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記モノリシック・レーザがマイクロチップ・レーザである請求項２に記載の光源。
【請求項４】
光の前記パルスが、２ｎｓ超、３ｎｓ超、４ｎｓ超、５ｎｓ超、８ｎｓ超、１０ｎｓ超など、１ｎｓより長い持続時間である請求項１乃至３のいずれかに記載の光源。
【請求項５】
前記パルスが、２０ｋＷ未満、１５ｋＷ未満、１０ｋＷ未満、９ｋＷ未満、３ｋＷ未満、１ｋＷ未満など、５０ＫＷ未満のピーク・パワーを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の光源。
【請求項６】
前記パルスがピーク・パワーを有し、前記ファイバの長さにわたって前記ファイバと相互作用し、それによって該ピーク・パワーと相互作用長との積が、１ｋＷｍ未満、５００Ｗｍ未満など、２ｋＷｍ未満である請求項１乃至５のいずれかに記載の光源。
【請求項７】
前記スペクトルが、７００ｎｍ超など、５００ｎｍ超にわたって延びる請求項１乃至６のいずれかに記載の光源。
【請求項８】
前記基本波長が６００ｎｍより長い請求項１乃至７のいずれかに記載の光源。
【請求項９】
前記基本波長が１０００ｎｍから１１００ｎｍの範囲内である請求項１乃至８のいずれかに記載の光源。
【請求項１０】
前記微細構造光ファイバがゼロ分散波長λ０を有し、前記レーザの動作波長が該ゼロ分散波長未満である請求項１乃至９のいずれかに記載の光源。
【請求項１１】
前記微細構造光ファイバがゼロ分散波長λ０を有し、前記レーザの動作波長が該ゼロ分散波長より長い請求項１乃至９のいずれかに記載の光源。
【請求項１２】
前記微細構造光ファイバが、１０００ｎｍと１１００ｎｍの間のゼロ分散波長を有する請求項１乃至１１のいずれかに記載の光源。
【請求項１３】
前記微細構造光ファイバが、前記スペクトル中の全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成される請求項１乃至１２のいずれかに記載の光源。
【請求項１４】
前記微細構造光ファイバが、単一横モードでの前記パルスの伝搬をサポートするように構成される請求項１乃至１３のいずれかに記載の光源。
【請求項１５】
前記微細構造光ファイバが、全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成される請求項１乃至１４のいずれかに記載の光源。
【請求項１６】
前記微細構造ファイバが、２．７ミクロン超、２．９ミクロン超など、２．５ミクロンよ
りも大きいピッチを有する請求項１乃至１５のいずれかに記載の光源。
【請求項１７】
前記微細構造ファイバが、４．５ミクロン超、４．８ミクロン超など、４ミクロンよりも大きい直径を有するコアを有する請求項１乃至１６のいずれかに記載の光源。
【請求項１８】
前記微細構造ファイバが、直径ｄおよびピッチΛのホールのアレイを含むクラッディング領域を有し、ｄ／Λが、０．６未満、０．５未満、０．４未満など、０．７未満である請求項１乃至１７のいずれかに記載の光源。
【請求項１９】
前記微細構造ファイバが、９μｍ２超、１２μｍ２超、１４μｍ２超、１５μｍ２超など、８μｍ２より広い実効非線形面積を有する請求項１乃至１８のいずれかに記載の光源。
【請求項２０】
３００ｎｍにわたって延びる波長のスペクトルの光を生成する方法であって、モノリシック・レーザを基本波長または基本波長付近で操作し、０．５ｎｓよりも長い持続時間のパルスを供給する工程と、
該パルスを微細構造光ファイバ内に誘導する工程と、からなる方法。
【請求項１】
３００ｎｍを超えて延びる波長のスペクトルの光源であって、基本波長または基本波長付近で動作し、０．５ｎｓよりも長い持続時間のパルスを生成するレーザと、
該パルスを誘導するように構成された微細構造光ファイバと、
からなり、
該ファイバ中のパルスによって光が生成される光源。
【請求項２】
前記レーザがモノリシック・レーザである請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記モノリシック・レーザがマイクロチップ・レーザである請求項２に記載の光源。
【請求項４】
光の前記パルスが、２ｎｓ超、３ｎｓ超、４ｎｓ超、５ｎｓ超、８ｎｓ超、１０ｎｓ超など、１ｎｓより長い持続時間である請求項１乃至３のいずれかに記載の光源。
【請求項５】
前記パルスが、２０ｋＷ未満、１５ｋＷ未満、１０ｋＷ未満、９ｋＷ未満、３ｋＷ未満、１ｋＷ未満など、５０ＫＷ未満のピーク・パワーを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の光源。
【請求項６】
前記パルスがピーク・パワーを有し、前記ファイバの長さにわたって前記ファイバと相互作用し、それによって該ピーク・パワーと相互作用長との積が、１ｋＷｍ未満、５００Ｗｍ未満など、２ｋＷｍ未満である請求項１乃至５のいずれかに記載の光源。
【請求項７】
前記スペクトルが、７００ｎｍ超など、５００ｎｍ超にわたって延びる請求項１乃至６のいずれかに記載の光源。
【請求項８】
前記基本波長が６００ｎｍより長い請求項１乃至７のいずれかに記載の光源。
【請求項９】
前記基本波長が１０００ｎｍから１１００ｎｍの範囲内である請求項１乃至８のいずれかに記載の光源。
【請求項１０】
前記微細構造光ファイバがゼロ分散波長λ０を有し、前記レーザの動作波長が該ゼロ分散波長未満である請求項１乃至９のいずれかに記載の光源。
【請求項１１】
前記微細構造光ファイバがゼロ分散波長λ０を有し、前記レーザの動作波長が該ゼロ分散波長より長い請求項１乃至９のいずれかに記載の光源。
【請求項１２】
前記微細構造光ファイバが、１０００ｎｍと１１００ｎｍの間のゼロ分散波長を有する請求項１乃至１１のいずれかに記載の光源。
【請求項１３】
前記微細構造光ファイバが、前記スペクトル中の全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成される請求項１乃至１２のいずれかに記載の光源。
【請求項１４】
前記微細構造光ファイバが、単一横モードでの前記パルスの伝搬をサポートするように構成される請求項１乃至１３のいずれかに記載の光源。
【請求項１５】
前記微細構造光ファイバが、全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成される請求項１乃至１４のいずれかに記載の光源。
【請求項１６】
前記微細構造ファイバが、２．７ミクロン超、２．９ミクロン超など、２．５ミクロンよ
りも大きいピッチを有する請求項１乃至１５のいずれかに記載の光源。
【請求項１７】
前記微細構造ファイバが、４．５ミクロン超、４．８ミクロン超など、４ミクロンよりも大きい直径を有するコアを有する請求項１乃至１６のいずれかに記載の光源。
【請求項１８】
前記微細構造ファイバが、直径ｄおよびピッチΛのホールのアレイを含むクラッディング領域を有し、ｄ／Λが、０．６未満、０．５未満、０．４未満など、０．７未満である請求項１乃至１７のいずれかに記載の光源。
【請求項１９】
前記微細構造ファイバが、９μｍ２超、１２μｍ２超、１４μｍ２超、１５μｍ２超など、８μｍ２より広い実効非線形面積を有する請求項１乃至１８のいずれかに記載の光源。
【請求項２０】
３００ｎｍにわたって延びる波長のスペクトルの光を生成する方法であって、モノリシック・レーザを基本波長または基本波長付近で操作し、０．５ｎｓよりも長い持続時間のパルスを供給する工程と、
該パルスを微細構造光ファイバ内に誘導する工程と、からなる方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００７−５１５６８０（Ｐ２００７−５１５６８０Ａ）
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４４４６８（Ｐ２００６−５４４４６８）
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０５３６５３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６２１１３
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（５０６１７９４９１）コヒラス アクティーゼルスカブ (5)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＨＥＲＡＳ Ａ／Ｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０５３６５３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６２１１３
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（５０６１７９４９１）コヒラス アクティーゼルスカブ (5)
【氏名又は名称原語表記】ＫＯＨＥＲＡＳ Ａ／Ｓ
【Ｆターム（参考）】
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