专利名称：光源和光源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光源和一种光源系统，更具体而言，在所涉及的光源和光源系统中采用了光子晶体光纤，以展宽脉冲光束的带宽，并输出宽带脉冲光束。
背景技术：
已知光子光纤具有微结构，并且用于产生宽范围(broad)的、具有连续谱的白光。白光的光谱基本取决于光脉冲的峰值功率，即，输入光脉冲的峰越强，白光的光谱越宽。与普通光纤相比光子晶体光纤在某些方面更具优势。例如，可以设计出光子晶体光纤的设计零色散，因而有可能采用波长范围处于可见波段和红外波段之间的脉冲光源。此外，光子晶体光纤具有强非线性，其能够使大约1米长的纤维产生宽带白光。
JP-A2004-287074(KOKAI)公开了一种波长转换器，其中，采用光子晶体光纤转换入射的脉冲光束的波长。借助所述波长转换器，拆分入射的脉冲光束，并通过光子晶体光纤转换经分束的脉冲光束的波长。
在评估样品材料的诸如光学吸收或喇曼光谱的光谱特征时，要求光源的光强具有和缓的波长依赖性(各波长带的光强存在差别)。例如，将以相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)工作的CARS显微术用于上述评估。在采用CARS显微术时，向样品内照射两个或更多脉冲光束，以观察响应非线性光学处理而发射的CARS信号。照射到样品当中的脉冲光束的光强的波长依赖性越高，来自样品的信号的光强倾向于发生变化的范围就越大。这意味着必须采用具有大动态范围的传感器。
例如，将利用光子晶体光纤转化为宽带光的脉冲光束作为CARS显微术的光源。在这种情况下，光强优选具有和缓的波长依赖性。附图中的图13A、13B、13C、图14A、14B和14C以及图15A、15B和15C示出了在光子晶体光纤处脉冲光束的输入光强与输出波形之间的关系。采用Ti蓝宝石激光器(具有800nm的中心波长)发射光脉冲，由此在光子晶体光纤处产生有待测量的宽带白色脉冲光束。如这些附图所示，入射脉冲光束的功率(0mW到170mW)越大，光强的波长依赖性就越缓和。如果扩大输入脉冲，如图15C所示，光强将根据波长在大约10dB到20dB之间变化。要想降低光强的依赖性，应当降低入射脉冲光束的功率。
入射脉冲光束的功率越大，光子晶体光纤的边缘越容易受到损害。因此，在提高入射脉冲光束的功率时，对降低输出脉冲光束的波长依赖性存在限制。
本发明的目的在于克服现有技术的问题，并提供能够产生具有和缓的(moderate)波长依赖性的宽带白色光束的光源和光源系统。
发明内容
根据本发明的实施例的第一方面，提供了一种光源，包括光源单元，其产生具有多个频率分量的第一脉冲光束；分束器，其将所述第一脉冲光束分束为第二和第三脉冲光束；第一光子晶体光纤，其将经分束的第二脉冲光束转化为更宽的带宽；第二光子晶体光纤，其将经分束的所述第三脉冲光束转化为更宽的带宽；第一调整器，其调整转化为所述更宽带宽的所述第二脉冲光束的光谱；相位调整器，其匹配转化为所述更宽带宽的所述第二和第三脉冲光束的相位；以及叠加单元，其将具有所述的经调整的光谱的所述第二脉冲光束与转化为所述更宽带宽的所述第三脉冲光束叠加。
根据本发明的实施例的第二方面，提供了一种光源系统，其包括光源单元，其产生具有多个频率分量的第一脉冲光束；分束器，其将所述第一脉冲光束分束为第二和第三脉冲光束；第一光子晶体光纤，其将经分束的第二脉冲光束转化为更宽的带宽；第二光子晶体光纤，其将经分束的所述第三脉冲光束转化为更宽的带宽；第一调整器，其调整转化为所述更宽带宽的所述第二脉冲光束的光谱；相位调整器，其匹配转化为更宽带宽的所述第二和第三脉冲光束的相位；以及叠加单元，其将具有所述的经调整的光谱的所述第二脉冲光束与转化为更宽带宽的所述第三脉冲光束叠加；传感器，其探测来自所述叠加单元的白色光的光谱；以及控制单元，其基于由所述探测器探测的所述光谱控制所述第一调整器。
图1是根据本发明的第一实施例的光源系统的方框图；图2A和图2B示意性地示出了图1中的光源系统的相位调整器；图3A、图3B、图3C和图3D是示出了图1中的光源系统的脉冲光束的变化的曲线图；图4A、图4B和图4C是示出了图1中的光源系统的脉冲光束的变化的曲线图；图5是根据本发明的第二实施例的光源系统的方框图；图6A和图6B示意性地示出了图5中的光源系统的相位调整器；图7是根据本发明的第三实施例的光源系统的方框图；图8是根据本发明的第四实施例的光源系统的方框图；图9是根据本发明的第五实施例的光源系统的方框图；图10是根据本发明的第六实施例的光源系统的方框图；图11是根据本发明的第七实施例的光源系统的方框图；图12是根据本发明的第八实施例的光源系统的方框图；图13A、图13B和图13C是示出了光子晶体光纤处的脉冲光束的输入光强与输出波形之间的关系的曲线图；图14A、图14B和图14C是示出了光子晶体光纤处的脉冲光束的输入光强与输出波形之间的关系的曲线图；以及图15A、图15B和图15C是示出了光子晶体光纤处的脉冲光束的输入光强与输出波形之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
(1)第一实施例参考图1，光源系统1包括光源10、传感器54和控制单元60。光源10将脉冲光束P10(将其称为“脉冲光束P10”)转化为具有更宽的带宽(将其称为“宽带白色光束P20”)，并输出宽带白色光束P20。传感器54提取一部分宽带白色光束P20，并探测其光谱。控制单元60基于传感器54探测的光谱控制光源10的组件(将在下文予以说明)，并调整宽带白色光束P20的波长依赖性。
光源10由下述部分构成短脉冲激光光源单元11(将其称为激光光源单元11)，其输出飞秒到皮秒脉冲光束；脉冲光分束器17，其将脉冲光束P10按照预定分束比分割为第一脉冲光束P11和第二脉冲光束P17；输入光强调整器19，其调整第一脉冲光束P11的光强；第一光子光纤24，其接收经过光强调整的第一脉冲光束P11，并将其转化为第一宽带输出脉冲光束P13(将其称为“第一输出脉冲光束P13”)；偏振调整器27，其用于调整第一宽带输出脉冲光束P13的偏振、相位和光强；相位调整器28；输出光强调整器42；第二光子晶体光纤50，其接收第二脉冲光束P17，并将其转化为第二宽带输出脉冲光束P18(将其称为第二输出脉冲光束P18)；以及叠加单元46，其将第二输出脉冲光束P18叠加在第一输出脉冲光束P13上。
激光光源单元11可以采用Ti蓝宝石激光器、光纤激光器或半导体激光器，其具有取决于所要输出的波长范围的振荡波长，以及光子晶体光纤24和50的零色散波长。在该实施例中，所述振荡波长处于400nm到1600nm之间。
光源10还包括光隔离器12，其由偏振器(偏振棱镜)14和15，以及置于其间的法拉第旋光器13构成，其防止被光子晶体光纤24和50的边缘反射的光束返回光源单元11。
脉冲光分束器17为非偏振光束分束器。在使分束比发生变化时，可以将偏振光束分束器与λ/2波片结合使用。在这种情况下，旋转λ/2波片，偏振光束分束器改变到达偏振光束分束器的脉冲光束P10的偏振方向，由此改变和调整分束比。
输入光强调整器19由另一λ/2波片21和偏振光束分束器22构成。在旋转λ/2波片21时，输入光强调整器19改变第一脉冲光束P11的偏振方向，从而将其传输至偏振光束分束器22。此外，输入光强调整器19调整第一脉冲光束P11的光强，并将其传输至第一光子晶体光纤24。或者，输入光强调整器19可以是反射ND(中性)滤光片或可变光阑。
第一光子晶体光纤24具有位于其输入侧的物镜23，其放大率为20到60。物镜23的放大率取决于光子晶体光纤24的NA(数值孔径)。此外，第一光子晶体光纤24的输出侧设有物镜25，其对穿过第一光子晶体光纤24的第一脉冲光束准直。
偏振调整器27由偏振棱镜构成，其从穿过光子晶体光纤24的第一输出脉冲光束P13中提取线偏振成分，由此调整穿过光子晶体光纤24的并非偏振保持型的第一宽带输出脉冲光束P13的偏振面。通过使脉冲光束P18和P13的偏振面相匹配将第一输出脉冲光束P13叠加在第二输出脉冲光束P18上。第二输出脉冲光束P18已经穿过了第二光子晶体光纤50。
相位调整器28调整第一输出脉冲光束P13的相位，其包括第一调整单元28a和第二调整单元28b。第一调整单元28a设有如图2A所示相互之间具有可变间隔的四个反射镜29、30、31和33(举例而言)，其对第一输出脉冲光束P13的相位进行粗调。如图2B所示，第二调整单元28b包括衍射光栅和空间光调制器，其相对于每一频率精确调整第一输出脉冲光束P13的相位。或者，相位调整器28可以是啁啾镜。
参考图2A，四个反射镜29、30、31和33逐一反射和传输第一输出脉冲光束P13。具体而言，反射镜30和31可以沿箭头a所示的方向产生一致的移动，由此通过改变光路的长度调整第一输出脉冲光束P13的相位。
第二调整单元28b(如图28所示)通过反射镜34接收来自第一调整单元28a的第一输出脉冲光束P13，并对第一输出脉冲光束P13进行反射，从而将其传输至透镜35。使穿过透镜35的第一输出脉冲光束P13入射到光栅点阵(grating lattice)36上。光栅点阵36根据波长分割入射的脉冲光束，并将经分割的光束传输至空间光调制器37。空间光调制器37调整根据波长分割的光束的相位。光栅点阵38根据波长组合来自空间光调制器37的经过相位调整的光束，并将其通过透镜39和反射镜40传输至输出光强调整器42(图1所示)。
输出光强调整器42由反射ND滤光片43构成，其调整通过第一光子晶体光纤24到达的第一输出脉冲光束P13的光强。或者，输出光强调整器42可以由可变光阑和用于调整光束直径的光束扩展器构成，或者由λ/2波片和偏振光束分束器构成。
第二光子晶体光纤50与第一光子晶体光纤24相同，其输入侧设有放大率为20到60的物镜49。物镜49的放大率取决于光子晶体光纤50的NA。此外，第二光子晶体光纤50的输出侧设有物镜51，其对穿过第二光子晶体光纤50的光束进行准直。
反射镜48置于脉冲光分束器17和物镜49之间，其将第二脉冲光束P17(已经由脉冲光分束器17进行了分割)引导至物镜49。此外，在物镜51和叠加单元46之间设置反射镜52，其将来自物镜51的第二输出脉冲光束P18引导至叠加单元46。
叠加单元46可以是分束器或反射镜。
传感器54包括分束器55和光谱传感器56。分束器55提取一部分宽带白色光束P20，所述宽带白色光束P20是通过叠加第一和第二输出脉冲光束P13和P18而得到的。光谱传感器56探测通过分束器55提取的光束的光谱。
控制单元60包括数据库61、输入单元62和参数设置单元63。数据库61存储与脉冲光分束器17、输入光强调整器19、偏振调整器27、相位调整器28和输出光强调整器42的参数相关的(由传感器54探测到的)宽带白色光束P20的光谱。输入单元62接收与宽带白色光束P20的波段、光强和波长依赖性相关的信息。参数设置单元63基于通过输入单元62接收的波段、光强和波长依赖性等从数据库61检索(retrieve)光谱(其基本满足输入条件)。此外，参数设置单元63选择对应于检索到的谱的参数，并将其提供至脉冲光分束器17、输入光强调整器19、偏振调整器27、相位调整器28和输出光强调整器42。
如果脉冲光分束器17由λ/2波片和偏振光束分束器构成以调整分束比，则将λ/2波片的旋转角设为参数。此外，如果输入光强调整器19由λ/2波片和偏振光束分束器构成以调整光强，那么将λ/2波片的旋转角设为参数。此外，如果偏振调整器27设有用于调整偏振面的偏振棱镜，那么将偏振器的偏振轴的方向设为参数。此外，如果相位调整器28采用第一调整单元28a(如图2A所示)和第二调整单元28b(如图2B所示)来进行相位调整，那么不仅可以将第一调整单元28a的反射镜30和31的位置设为参数，还可以将第二调整单元28b的空间光调制器37的相位控制量设为参数。如果输出光强调整器42采用反射ND滤光片43调整光强，那么将反射ND滤光片43的旋转角设为参数。
在光源单元10中，通过脉冲光分束器17将光源单元11发射的脉冲光束P10(图3A所示)分割为第一和第二脉冲光束P11和P17。
首先，通过位于第一光子晶体光纤24的上游的输入光强调整器19调整第一脉冲光束P11的光强。在穿过第一光子晶体光纤24之后，将第一脉冲光束P11转化为第一输出脉冲光束P13，后者具有宽度发生变化的光谱和增大的带宽。换言之，如果在第一光子晶体光纤24的上游降低了光强，那么将降低第一输出脉冲光束P13的谱宽。反之，如果在入射一侧提高了光强，那么将增大第一输出脉冲光束P13的谱宽。
偏振调整器27将第一输出脉冲光束P13转化为具有某一偏振面的线偏振光束。因此，即使第一输出脉冲光束P13(已经通过了第一光子晶体光纤24(非偏振保持型))的偏振面发生了旋转，也能够通过偏振面的相互匹配将第二输出脉冲光束P18叠加在第一输出脉冲光束P13上。在第一实施例中，第二光子晶体光纤50非偏振保持型。即使穿过第二光子晶体光纤50的第二输出脉冲光束P18的偏振面发生了旋转，也能够通过偏振调整器27调整第一输出脉冲光束P18的偏振面。因此，能够使光束P18和P13的偏振面相互匹配。
相位调整器28调整其偏振面已经受到了偏振调整器27的调整的第一输出脉冲光束P13的相位。使第一输出脉冲光束P13和第二输出脉冲光束P18的相位相互一致。因此，能够在保持相位信息的情况下将第一和第二输出脉冲光束P13和P18相叠加。能够通过输入光强调整器19控制经过叠加的宽带白色光束P20的光谱。
第一脉冲光束P11的光强已经得到了调整，因而穿过第一光子晶体光纤24的第一输出脉冲光束P13的光谱得到了转化。将第一输出脉冲光束P13(图3B所示)与穿过第二光子晶体光纤50的第二输出脉冲光束P18(图3C所示)相叠加，从而生成光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20(如图3D所示)。换言之，在穿过第一光子晶体光纤24之前，通过输入光强调整器19调整第一脉冲光束P11的光强，由此能够实现在其穿过第一光子晶体光纤24之后对第一输出脉冲光束P13的光谱进行调整。因此，有可能调整宽带白色光束P20的光谱。
在第一实施例中，采用短脉冲激光光源单元11。由短脉冲激光光源11发射的脉冲光束P10具有相位信息，其不同于由荧光物质或LED发射的光束。具体而言，脉冲光束P10包括多个能够保持相互之间的相位关系的频率成分。此外，穿过第一和第二光子晶体光纤24和50的第一和第二输出脉冲光束P13和P18也具有相位信息。相位调整器28将第一输出脉冲光束P13的相位与第二输出脉冲光束P18的相位相匹配，从而有可能产生具有相位信息和光强具有和缓波长依赖性的宽带白色光束P20。通过采用保持了频率之间的相位关系的宽带白色光束P20，能够在采用CARS等对目标进行分析时，有效查验有待分析的项目的信息，例如振动能等。
通过第一实施例，有可能生成具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。此外，还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
(第一实例)在这一例子中，激光光源单元11为Ti蓝宝石激光器。脉冲光束P10具有800nm的中心波长、100fs(100飞秒)的脉冲宽度和400mW的平均光强。光隔离器12由法拉第旋光器和偏振器构成。脉冲光分束器17采用分束器将脉冲光束P10分割为两个平均光强为200mW的脉冲光束P11和P17。通过偏振光束分束器22和λ/2波片21调整经过分割的脉冲光束的光强。尔后，将经过光强调整的脉冲光束P11通过放大倍数为40的物镜49输入到第一光子晶体光纤24中，并将其转化为第一输出脉冲光束P13。第一光子晶体光纤24为折射率导引型，其具有大的非线性，长度为1米。由第一光子晶体光纤24出来的第一输出脉冲光束P13的偏振、相位和光强得到了调整。尔后，在空域和时域(spatially and timewise)上将第一输出脉冲光束P13叠加在从第二光子晶体光纤50出来的第二输出脉冲光束P18上。偏振调整器27采用偏振棱镜从第一输出脉冲光束P13中提取线偏振成分。如图2A所示，相位调整器27调整反射镜30和31的位置，从而对第一输出脉冲光束P13的相位进行粗调。如果无法可靠地调整相位，那么如图2B所示，采用光栅点阵36和38，以及空间光调制器37相对于各频率对相位进行精确调整。输出光强调整器42为反射ND滤光片43，叠加单元46为分束器。
图4A示出了从第一光子晶体光纤24出来的第一输出脉冲光束P13的光谱。图4B示出了从第二光子晶体光纤50出来的第二输出脉冲光束P18的光谱。图4C示出了通过叠加单元46叠加的宽带白色光束P20的光谱。通过改变到达第一光子晶体光纤24的第一脉冲光束P11的光强，能够转换从第一光子晶体光纤24输出的第一输出脉冲光束P13的光谱。在叠加第一和第二输出脉冲光束P13和P18时，能够产生具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。
(2)第二实施例参考图5，光源系统101与图1所示的光源系统1类似，但是在下述方面存在不同在第二光子晶体光纤50的上游调整第二脉冲光束P17的光强；调整穿过第二光子晶体光纤50的第二输出脉冲光束P18的偏振、相位和光强。
光源系统101的光源单元110包括输入光强调整器119，其位于第二光子晶体光纤50的上游，用于调整通过脉冲光分束器17分割的第二脉冲光束P17的光强；偏振调整器127；相位调整器128和输出光强调整器142。这些调整器位于第二光子晶体光纤50的下游，用于调整第二宽带输出脉冲光束P18的偏振、相位和光强。
输入光强调整器119、偏振调整器127、相位调整器128和输出光强调整器142的构造与位于第一光子晶体光纤24的上游和下游的输入光强调整器19、偏振调整器27、相位调整器28和输出光强调整器42的构造类似。
输入光强调整器119包括λ/2波片121和偏振光束分束器122，其旋转λ/2波片，以改变到达分束器122的第二脉冲光束P17的偏振方向，并调整从偏振光束分束器122向第二光子晶体光纤50传输的第二脉冲光束P17的强度。或者，输入光强调整器119可以为反射ND滤光片或可变光阑。
偏振调整器127由偏振棱镜构成，其从穿过了第二光子晶体光纤50的第二输出脉冲光束P18中提取线偏振成分，并调整第二输出脉冲光束P18的偏振面，所述偏振面在穿过非偏振保持型第二光子晶体光纤50的过程中发生了旋转。因此，能够通过使其偏振面相互匹配将第二输出脉冲光束P18叠加在穿过第一光子晶体光纤24的第一输出脉冲光束P13的偏振面上。
相位调整器128包括第一调整单元128a和第二调整单元128b。如图6A所示，第一调整单元128a设有四个可以改变相互之间的间隔的反射镜129、130、131和133，其对第二输出脉冲光束P18的相位进行粗调。如图6B所示，第二调整单元128b包括衍射光栅和空间光调制器，其针对每一频率对脉冲光束P18的相位进行细调。简而言之，相位调整器125调整第二输出脉冲光束P18的相位。或者，相位调整器128可以为啁啾反射镜。
参考图6A，四个反射镜129、130、131和133逐一反射和传输第二输出脉冲光束P18。特别地，反射镜130和131可以沿箭头a所示的方向发生一致移动，由此通过改变光路长度而调整脉冲光束P18的相位。
第二调整单元128b(图6B所示)通过反射镜134接收并反射来自第一调整单元128a的第二输出脉冲光束P18，从而将经反射的第二输出脉冲光束P18传输至透镜135。将通过透镜135的脉冲光束P18入射到光栅点阵136上。光栅点阵136根据波长分割脉冲光束P18，并将经过分割的光束传输至空间光调制器137。空间光调制器137调整根据波长分割的光束的相位。光栅点阵138根据波长组合经过相位调整的光束，并将其通过透镜139和反射面140传输至输出光强调整器142(如图5所示)。
输出光强调整器142由反射ND滤光片143构成，其调整经由第二光子晶体光纤50到达的第二输出脉冲光束P18的光强。或者，输出光强调整器142可以由可变光阑和用于调整光束直径的光束扩展器构成，或者由λ/2波片和偏振光束分束器构成。
凭借光源单元110，在对其光谱进行调整之后将第一和第二脉冲光束P13和P18叠加起来，从而使宽带白色光束P20的光谱更易于控制。
通过第二实施例，有可能生成具有相位信息、并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。此外，还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的信号强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
控制单元60包括数据库61、输入单元62和参数设置单元63。数据库61存储与脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器27、127、相位调整器28、128以及输出光强调整器42、142的各种参数相关的(由传感器54探测到的)宽带白色光束P20的光谱。上述参数是在完成了所需光谱后得到的那些参数。输入单元62接收与宽带白色光束P20的波段、光强和波长依赖性相关的信息。参数设置单元63基于通过输入单元62接收的波段、光强和波长依赖性等从数据库61检索光谱(其基本满足输入条件)。此外，参数设置单元63选择对应于检索到的光谱的参数，并将其提供至脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器27、127、相位调整器28、128和输出光强调整器42、142。因此，宽带白色光束P20满足通过输入单元62输入的要求。
(3)第三实施例参考图7，光源系统201与光源系统1类似(图1所示)，除了相位调整器28的位置之外。
在图7所示的光源单元210中，将相位调整器28置于第一光子晶体光纤24的上游，而在光源10(图1所示)中其位于第一光子晶体光纤24的下游。
相位调整器28包括第一调整单元28a和第二调整单元28b。如图2A所示，第一调整单元28a设有四个可以改变相互之间的间隔的反射镜，其用于对入射光束(即第一输出脉冲光束P11)进行粗略调整。第二调整单元28b包括衍射光栅36和38(如图2B所示)，以及空间光调制器37(如图2B所示)，其用于相对于每一频率对脉冲光束P11的相位进行细调。相位调整器28对光强已经通过输入光强调整器19得到了调整的第一输出脉冲光束P11的相位进行调整。如果第一输出脉冲光束P11的脉冲宽度为几皮秒，并且具有窄光谱，那么第二调整单元28b可以不设置光栅点阵36和38。
使相位经过调整的第一脉冲光束P11穿过第一光子晶体光纤24，并在使其相位保持原样的情况下，将其转化为宽带光束，之后将其作为第一输出脉冲光束P13传输。
可以使如上所述经过相位调整，并且经由第一光子晶体光纤24传输的第一输出脉冲光束P13与经由第二光子晶体光纤50传输的第二输出脉冲光束P18的相位匹配。在保持相位信息的情况下将脉冲光束P13和P18相叠加。因此，通过叠加脉冲光束P13和P18得到的宽带白色光束P20能够具有通过输入光强调整器19调整的光谱。
此外，由于在穿过第一光子晶体光纤24之前对第一脉冲光束P11的相位进行了调整，因此，还可以改变从第一光子晶体光纤24输出的第一输出脉冲光束P13的光谱。
通过第三实施例，有可能生成具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的信号强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
(4)第四实施例参考图8，光源系统301类似于光源系统201(图7所示)，但在下述方面存在差别在第二光子晶体光纤50的上游调整第二脉冲光束P17的光强和相位；并且有可能调整穿过了第二光子晶体光纤50的第二输出脉冲光束P18的偏振和光强。
图8所示的光源单元310还包括输入光强调整器119和相位调整器128，其用于对经过脉冲光分束器17分割的第二脉冲光束P17的光强和相位进行调整；以及偏振调整器127和输出光强调整器142，其用于对经由第二光子晶体光纤50展宽的第二输出脉冲光束P18的偏振和光强进行调整。
输入光强调整器119、偏振调整器127、相位调整器128和输出光强调整器142的构造与位于第一光子晶体光纤24所在的系统内的输入光强调整器19、偏振调整器27、相位调整器28和输出光强调整器42的构造类似。
输入光强调整器119包括λ/2波片121和偏振光束分束器122，其旋转λ/2波片，以改变到达分束器122的第二脉冲光束P17的偏振方向，并调整从偏振光束分束器122向第二光子晶体光纤50传输的第二脉冲光束P17的强度。或者，输入光强调整器119可以为反射ND滤光片或可变光阑。
相位调整器128包括第一调整单元128a和第二调整单元128b。如图6A所示，第一调整单元128a设有四个可以相互改变间隔的反射镜129、130、131和133，其用于对第二脉冲光束P17的相位进行粗调。如图6B所示，第二调整单元128b包括衍射光栅和空间光调制器；其用于相对于每一频率对脉冲光束P17进行细调。简而言之，相位调整器128调整强度已经通过光强调整器119得到了调整的第二脉冲光束P17的相位。或者，相位调整器128可以为啁啾镜。
第一调整器128a的反射镜129到133(图6A所示)对光强已经通过输入光强调整器119得到调整的第二脉冲光束P17接连进行反射并输出。反射镜129、130、131和133可以沿方向a一致运动，从而改变第二脉冲光束P17的光程，由此调整第二脉冲光束P17的相位。
第二调整单元128b通过反射镜134接收并反射相位已经得到了调整的第二脉冲光束P17，并将第二脉冲光束P17引导至透镜135。将第二脉冲光束P17传输至光栅点阵136。光栅点阵136根据波长分割所接收的第二脉冲光束P17，并将经过分割的第二脉冲光束传输至空间调制器137。空间调制器137调整经过分割的光束的相位。光栅点阵138根据波长组合经过相位调整的光束，并通过透镜反射镜139和反射镜140将其传输至第二光子晶体光纤50的物镜49。
偏振调整器127由偏振棱镜构成，其从穿过了第二光子晶体光纤50的第二输出脉冲光束P18中提取线偏振成分，并调整第二输出脉冲光束P18的偏振面，所述偏振面在穿过非偏振保持型第二光子晶体光纤50的过程中发生了旋转。因此，能够通过使其偏振面相互匹配将第二输出脉冲光束P18叠加在穿过第一光子晶体光纤24的第一输出脉冲光束P13上。
输出光强调整器142由反射ND滤光片143构成，其调整通过第二光子晶体光纤50到达的第二输出脉冲光束P18的光强。或者，输出光强调整器142可以由可变光阑和用于调整光束直径的光束扩展器构成，或者由λ/2波片和偏振光束分束器构成。
可以使经由第一光子晶体光纤24传输的经过了相位调整的第一输出脉冲光束P13与经由第二光子晶体光纤50传输的经过了相位调整的第二输出脉冲光束P18相位匹配。在保持相位信息的情况下使脉冲光束P13和P18叠加。因此，通过叠加脉冲光束P13和P18得到的宽带白色光束P20能够具有通过输入光强调整器19和119精确调整的光谱。
此外，由于在穿过第一和第二光子晶体光纤24和50之前调整第一和第二脉冲光束P11和P17的相位，因而还能够转换从第一和第二光子晶体光纤24和50输出的第一和第二输出脉冲光束P13和P18的光谱。
通过第四实施例，有可能生成具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的信号强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
控制单元60包括数据库61、输入单元62和参数设置单元63。数据库61存储与脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器27、127、相位调整器28、128以及输出光强调整器42、142的各种参数相关的宽带白色光束P20的光谱(由传感器54探测到的)。上述参数是在完成了所需光谱后得到的那些参数。输入单元62接收与宽带白色光束P20的波段、光强和波长依赖性相关的信息。参数设置单元63基于通过输入单元62接收的波段、光强和波长依赖性等从数据库61检索光谱(其基本满足输入条件)。此外，参数设置单元63选择对应于检索到的光谱的参数，并将其提供至脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器27、127、相位调整器28、128和输出光强调整器42、142。因此，宽带白色光束P20满足通过输入单元62输入的要求。
(5)第五实施例如图9所示，光源系统401类似于光源系统1(图1所示)，下述方面除外第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型；将偏振调整器20和120置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游；并且将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。
偏振调整器20由λ/2波片构成，其根据第一光子晶体光纤124的偏振保持方向改变第一脉冲光束P11的偏振方向。此外，还有可能改变从第一光子晶体光纤124输出的第一输出脉冲光束P13的光谱。
偏振调整器120由λ/2波片构成，其根据第二光子晶体光纤150的偏振保持方向改变第二脉冲光束P17的偏振方向，因而有可能改变经由第二光子晶体光纤150传输的第二输出脉冲光束P18的光谱。
将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。偏振调整器127由偏振棱镜构成，其从已经穿过了第二光子晶体光纤150的第二输出脉冲光束P18中提取线偏振成分，并调整第二输出脉冲光束P18的偏振面。因此，能够通过使其偏振面相互匹配将第二输出脉冲光束P18叠加在穿过第一光子晶体光纤124的第一输出脉冲光束P13上。或者，可以省略偏振调整器127。在这种情况下，可以只通过置于第一光子晶体光纤124的下游的偏振调整器27调整脉冲光束P13和P18的偏振面，由此使脉冲光束P13和P18的偏振面匹配。
此外，通过置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游的偏振调整器20和120调整脉冲光束P11和P17的偏振面。因此，有可能控制从第一和第二光子晶体光纤124和150输出的第一和第二输出脉冲光束P13和P18的光谱。
在第五实施例中，第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型。通过输入光强调整器19、相位调整器28和输出光强调整器42调整光束P13的光谱。此外，通过偏振调整器20和120控制光束P13和P18的光谱。因此，与经由第一光子晶体光纤124传输的第一输出脉冲光束P13相比，通过叠加光束P13和P18得到的宽带白色光束P20的光谱能够具有更为和缓的波长依赖性。
通过第五实施例，有可能生成具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的信号强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
控制单元60包括数据库61、输入单元62和参数设置单元63。数据库61存储与脉冲光分束器17、输入光强调整器19、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28以及输出光强调整器42的各种参数相关的(由传感器54探测到的)宽带白色光束P20的光谱。前述参数是在完成所需光谱时获得的参数。输入单元62接收与宽带白色光束P20的波段、光强和波长依赖性相关的信息。参数设置单元63基于通过输入单元62接收的波段、光强和波长依赖性等从数据库61检索光谱(其基本满足输入条件)。此外，参数设置单元63选择对应于检索到的光谱的参数，并将其提供至脉冲光分束器17、输入光强调整器19、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28和输出光强调整器42。因此，宽带白色光束P20满足通过输入单元62输入的要求。
(6)第六实施例如图10所示，光源系统501类似于光源系统101(图5所示)，下述方面除外第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型；将偏振调整器20和120置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游；并且将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。
偏振调整器20由λ/2波片构成，其根据第一光子晶体光纤124的偏振保持方向改变第一脉冲光束P11的偏振方向。此外，还有可能改变从第一光子晶体光纤124输出的第一输出脉冲光束P13的光谱。
偏振调整器120由λ/2波片构成，其根据第二光子晶体光纤150的偏振保持方向改变第二脉冲光束P17的偏振方向，因而有可能改变经由第二光子晶体光纤150传输的第二输出脉冲光束P18的光谱。
将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。偏振调整器127由偏振棱镜构成，其从已经穿过了第二光子晶体光纤150的第二输出脉冲光束P18中提取线偏振成分，并调整第二输出脉冲光束P18的偏振面。因此，能够通过使其偏振面相互匹配将第二输出脉冲光束P18叠加在穿过第一光子晶体光纤124的第一输出脉冲光束P13上。或者，可以省略偏振调整器127。在这种情况下，可以只通过置于第一光子晶体光纤124的下游的偏振调整器27调整脉冲光束P13和P18的偏振面，由此使脉冲光束P13和P18的偏振面匹配。
此外，通过置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游的偏振调整器20和120调整脉冲光束P11和P17的偏振面。因此，有可能控制从第一和第二光子晶体光纤124和150输出的第一和第二输出脉冲光束P13和P18的光谱。
在第六实施例中，第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型。通过输入光强调整器19、119、偏振调整器27、127、相位调整器28、128和输出光强调整器42、142调整光束P13和P18的光谱。此外，通过偏振调整器20和120控制光束P13和P18的光谱。因此，与经由第一光子晶体光纤124传输的第一输出脉冲光束P13相比，通过叠加脉冲光束P13和P18得到的宽带白色光束P20的光谱能够具有更为和缓的波长依赖性。
通过第六实施例，有可能生成具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的信号强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
控制单元60包括数据库61、输入单元62和参数设置单元63。数据库61存储与脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28、128以及输出光强调整器42、142的各种参数相关的(由传感器54探测到的)宽带白色光束P20的光谱。输入单元62接收与宽带白色光束P20的波段、光强和波长依赖性相关的信息。参数设置单元63基于通过输入单元62接收的波段、光强和波长依赖性等从数据库61检索光谱(其基本满足输入条件)。此外，参数设置单元63选择对应于检索到的光谱的参数，并将其提供至脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28、128和输出光强调整器42、142。因此，宽带白色光束P20满足通过输入单元62输入的要求。
(7)第七实施例如图11所示，光源系统601类似于光源系统201(图7所示)，下述方面除外第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型；将偏振调整器20和120置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游；并且将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。
偏振调整器20由λ/2波片构成，其根据第一光子晶体光纤124的偏振保持方向改变第一脉冲光束P11的偏振方向。此外，还有可能改变从第一光子晶体光纤124输出的第一输出脉冲光束P13的光谱。
偏振调整器120由λ/2波片构成，其根据第二光子晶体光纤150的偏振保持方向改变第二脉冲光束P17的偏振方向，因而有可能改变经由第二光子晶体光纤150传输的第二输出脉冲光束P18的光谱。
将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。偏振调整器127由偏振棱镜构成，其从已经穿过了第二光子晶体光纤150的第二输出脉冲光束P18中提取线偏振成分，并调整第二输出脉冲光束P18的偏振面。因此，能够通过使其偏振面相互匹配将第二输出脉冲光束P18叠加在穿过第一光子晶体光纤124的第一输出脉冲光束P13上。或者，可以省略偏振调整器127。在这种情况下，可以只通过置于第一光子晶体光纤124的下游的偏振调整器27调整脉冲光束P13和P18的偏振面，由此使脉冲光束P13和P18的偏振面匹配。
此外，通过置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游的偏振调整器20和120调整脉冲光束P11和P17的偏振面。因此，有可能控制从第一和第二光子晶体光纤124和150输出的第一和第二输出脉冲光束P13和P18的光谱。
在第七实施例中，第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型。通过输入光强调整器17、相位调整器28和输出光强调整器42调整脉冲光束P13和P18的光谱。此外，通过置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游的偏振调整器20和120控制脉冲光束P13和P18的光谱。因此，在叠加第一和第二输出脉冲P13和P18时，与经由第一光子晶体光纤124传输的第一输出脉冲光束P13相比，通过叠加脉冲光束P13和P18得到的宽带白色光束P20的光谱能够具有更为和缓的波长依赖性。
通过第七实施例，有可能生成具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的信号强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
控制单元60包括数据库61、输入单元62和参数设置单元63。数据库61存储与脉冲光分束器17、输入光强调整器19、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28以及输出光强调整器42的各种参数相关的(由传感器54探测到的)宽带白色光束P20的光谱。输入单元62接收与宽带白色光束P20的波段、光强和波长依赖性相关的信息。参数设置单元63基于通过输入单元62接收的波段、光强和波长依赖性等从数据库61检索光谱(其基本满足输入条件)。此外，参数设置单元63选择对应于经过恢复的光谱的参数，并将其提供至脉冲光分束器17、输入光强调整器19、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28、和输出光强调整器42。因此，宽带白色光束P20满足通过输入单元62输入的要求。
(8)第八实施例如图12所示，光源系统701类似于光源系统301(图8所示)，下述方面除外第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型；将偏振调整器20和120置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游；并且将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。
偏振调整器20由λ/2波片构成，其根据第一光子晶体光纤124的偏振保持方向改变第一脉冲光束P11的偏振方向。此外，还有可能改变从第一光子晶体光纤124输出的第一输出脉冲光束P13的光谱。
偏振调整器120由λ/2波片构成，其根据第二光子晶体光纤150的偏振保持方向改变第二脉冲光束P17的偏振方向，因而有可能改变经由第二光子晶体光纤150传输的第二输出脉冲光束P18的光谱。
将偏振调整器127置于第二光子晶体光纤150的下游。偏振调整器127由偏振棱镜构成，其从已经穿过了第二光子晶体光纤150的第二输出脉冲光束P18中提取线偏振成分，并调整第二输出脉冲光束P18的偏振面。因此，能够通过使其偏振面相互匹配将第二输出脉冲光束P18叠加在穿过第一光子晶体光纤124的第一输出脉冲光束P13上。或者，可以省略偏振调整器127。在这种情况下，可以只通过置于第一光子晶体光纤124的下游的偏振调整器27调整脉冲光束P13和P18的偏振面，由此使脉冲光束P13和P18的偏振面匹配。
此外，通过置于第一和第二光子晶体光纤124和150的上游的偏振调整器20和120调整脉冲光束P11和P17的偏振面。因此，有可能控制从第一和第二光子晶体光纤124和150输出的第一和第二输出脉冲光束P13和P18的光谱。
在第八实施例中，第一和第二光子晶体光纤124和150为偏振保持型，通过输入光强调整器19、119、相位调整器28、128和输出光强调整器42、142调整脉冲光束P13和P18的光谱。此外，通过偏振调整器20和120控制脉冲光束P13和P18的光谱。因此，与经由第一光子晶体光纤124传输的第一输出脉冲光束P13相比，通过叠加匹配的脉冲光束P13和P18得到的宽带白色光束P20的光谱能够具有更为和缓的波长依赖性。
通过第八实施例，有可能生成具有相位信息，并且光强具有和缓的波长依赖性的宽带白色光束P20。还有可能抑制从有待分析的目标探测到的信号的信号强度的变化。因此，能够采用具有小动态范围的传感器。
控制单元60包括数据库61、输入单元62和参数设置单元63。数据库61存储与脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28、128以及输出光强调整器42、142的各种参数相关的(由传感器54探测到的)宽带白色光束P20的光谱。输入单元62接收与宽带白色光束P20的波段、光强和波长依赖性相关的信息。参数设置单元63基于通过输入单元62接收的波段、光强和波长依赖性等从数据库61检索光谱(其基本满足输入条件)。此外，参数设置单元63选择对应于检索到的光谱的参数，并将其提供至脉冲光分束器17、输入光强调整器19、119、偏振调整器20、120、偏振调整器27、127、相位调整器28、128和输出光强调整器42、142。因此，宽带白色光束P20满足通过输入单元62输入的要求。
(9)其他实施例在上述说明中，采用控制单元60生成具有目标光谱的宽带白色光束P20。或者，可以人工设置各种参数，以生成这样的宽带白色光束P20。
权利要求
1.一种光源，包括光源单元，其产生具有多个频率分量的第一脉冲光束；分束器，其将所述第一脉冲光束分为第二和第三脉冲光束；第一光子晶体光纤，其将分束出的所述第二脉冲光束转化到更宽的带宽；第二光子晶体光纤，其将分束出的所述第三脉冲光束转化到更宽的带宽；第一调整器，其调整被转化到所述更宽的带宽的所述第二脉冲光束的光谱；相位调整器，其匹配被转化到所述更宽的带宽的所述第二和第三脉冲光束的相位；以及叠加单元，其将被转化到所述更宽的带宽的具有所述调整后的光谱的所述第二脉冲光束与所述第三脉冲光束叠加。
2.根据权利要求1所述的光源，还包括第二调整器，其调整被转化到所述更宽的带宽的所述第三脉冲光束的光谱，其中，所述叠加单元将被转化到所述更宽的带宽并具有经所述第一调整器调整的光谱的所述第二脉冲光束与被转化到所述更宽的带宽并具有经所述第二调整器调整的光谱的所述第三脉冲光束叠加。
3.根据权利要求1所述的光源，其中，所述第一调整器调整到达所述第一光子晶体光纤的所述第二脉冲光束的光强。
4.根据权利要求3所述的光源，其中，所述第一调整器调整到达所述第一光子晶体光纤的所述第二脉冲光束的相位。
5.根据权利要求2所述的光源，其中，所述第二调整器调整到达所述第二光子晶体光纤的所述第三脉冲光束的光强。
6.根据权利要求5所述的光源，其中，所述第二调整器调整到达所述第二光子晶体光纤的所述第三脉冲光束的相位。
7.根据权利要求1所述的光源，其中，所述相位调整器调整被转化到所述更宽的带宽的所述第二脉冲光束的相位。
8.根据权利要求1所述的光源，其中，所述相位调整器调整到达所述第一光子晶体光纤的所述第二脉冲光束的相位。
9.根据权利要求7所述的光源，其中，所述相位调整器调整被转化到所述更宽的带宽的所述第三脉冲光束的相位。
10.根据权利要求8所述的光源，其中，所述相位调整器调整到达所述第二光子晶体光纤的所述第三脉冲光束的相位。
11.根据权利要求1所述的光源，还包括偏振调整器，其使被转化到所述更宽的带宽的所述第二脉冲光束的偏振面与被转化到所述更宽的带宽的所述第三脉冲光束的偏振面匹配。
12.根据权利要求2所述的光源，还包括偏振调整器，其使被转化到所述更宽的带宽的所述第二脉冲光束的偏振面与被转化到所述更宽的带宽的所述第三脉冲光束的偏振面匹配。
13.根据权利要求11所述的光源，其中，所述偏振调整器调整被转化到所述更宽的带宽的所述第二脉冲光束的偏振面。
14.根据权利要求12所述的光源，其中，所述偏振调整器调整被转化到所述更宽的带宽的所述第二脉冲光束的偏振面。
15.根据权利要求11所述的光源，其中，所述偏振调整器调整到达所述第一光子晶体光纤的所述第二脉冲光束的偏振面。
16.根据权利要求12所述的光源，其中，所述偏振调整器调整到达所述第一光子晶体光纤的所述第二脉冲光束的偏振面。
17.根据权利要求15所述的光源，其中，所述偏振调整器调整到达所述第二光子晶体光纤的所述第三脉冲光束的偏振面。
18.根据权利要求16所述的光源，其中，所述偏振调整器调整到达所述第二光子晶体光纤的所述第三脉冲光束的偏振面。
19.一种光源系统，包括光源单元，其产生具有多个频率分量的第一脉冲光束；分束器，其将所述第一脉冲光束分为第二和第三脉冲光束；第一光子晶体光纤，其将分束出的所述第二脉冲光束转化到更宽的带宽；第二光子晶体光纤，其将分束出的所述第三脉冲光束转化到更宽的带宽；第一调整器，其调整被转化到所述更宽的带宽的所述第二脉冲光束的光谱；相位调整器，其匹配被转化到所述更宽的带宽的所述第二和第三脉冲光束的相位；叠加单元，其将被转化到所述更宽的带宽的具有所述调整后的光谱的所述第二脉冲光束与所述第三脉冲光束叠加；传感器，其探测由所述叠加单元发送的白色宽带光束的光谱；以及控制单元，其基于由所述传感器探测到的所述光谱来调整所述第一调整器。
20.根据权利要求19所述的光源系统，还包括第二调整器，其调整被转化到所述更宽的带宽的所述第三脉冲光束的光谱，其中，所述叠加单元将被转化到所述更宽的带宽并具有经所述第一调整器调整的光谱的所述第二脉冲光束与被转化到所述更宽的带宽并具有经所述第二调整器调整的光谱的所述第三脉冲光束叠加；并且所述控制单元基于由所述传感器探测到的所述光谱来调整所述第二调整器。
全文摘要
一种光源包括光源单元，其产生具有多个频率分量的第一脉冲光束；分束器，其将所述第一脉冲光束分为第二和第三脉冲光束；第一光子晶体光纤，其将经分束的第二脉冲光束转化到更宽的带宽；第二光子晶体光纤，其将经分束的所述第三脉冲光束转化到更宽的带宽；第一调整器，其调整被转化到更宽带宽的所述第二脉冲光束的光谱；相位调整器，其匹配被转化到更宽带宽的所述第二和第三脉冲光束的相位；以及叠加单元，其将被转化到更宽带宽的具有所述的经调整的光谱的所述第二脉冲光束与所述第三脉冲光束叠加。一种光源系统包括上述光源。
文档编号G02B6/02GK101046559SQ20071008852
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月30日
发明者工藤由纪, 石田邦夫 申请人:株式会社东芝