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公開番号2025152845
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024054981
出願日2024-03-28
発明の名称波長変換光学系及びパルス光生成装置
出願人浜松ホトニクス株式会社,国立研究開発法人理化学研究所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G02F 1/377 20060101AFI20251002BHJP(光学)
要約【課題】短い時間において広帯域で波長変換を行う構成において、高効率に波長変換を行う波長変換光学系及びパルス光生成装置を提供すること。
【解決手段】波長変換光学系10は、光の入射位置によって変換される波長帯が異なる波長変換素子103と、波長変換素子103の各入射位置に、変換対象の波長帯の光が入射するように、波長帯毎に光路を変化させる波長毎光路設定部と、を備える。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
光の入射位置によって変換される波長帯が異なる波長変換部と、
前記波長変換部の各入射位置に、変換対象の波長帯の光が入射するように、波長帯毎に光路を変化させる波長毎光路設定部と、を備える波長変換光学系。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記波長毎光路設定部は、
光を波長帯毎に分散させることにより波長帯毎に光路を変化させる分散部と、
前記分散部からの光を前記波長変換部の入射位置に集光する集光部と、を有する、請求項１記載の波長変換光学系。
【請求項３】
前記分散部から前記集光部までの距離、及び、前記集光部から前記波長変換部までの距離は、いずれも前記集光部の焦点距離に合わせて設定されている、請求項２記載の波長変換光学系。
【請求項４】
前記波長変換部は波長変換素子を備え、前記波長変換素子は各入射位置において互いに異なる波長帯の疑似位相整合が図られるように、扇形構造とされている、請求項１記載の波長変換光学系。
【請求項５】
前記波長変換部は、扇形構造のＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）を含む、請求項１記載の波長変換光学系。
【請求項６】
第１の波長帯の波長変換に適した角度で配置された第１の変換部と、
前記第１の変換部に直列に接続され、前記第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の波長変換に適した角度で配置された第２の変換部と、を備える波長変換光学系。
【請求項７】
超短パルス光を発振する発振部と、
超短パルス光の入射位置によって変換される波長帯が異なる波長変換部と、
前記波長変換部の各入射位置に、変換対象の波長帯の超短パルス光が入射するように、波長帯毎に光路を変化させる波長毎光路設定部と、を備えるパルス光生成装置。
【請求項８】
ソリトン自己周波数シフトを利用して、パルス毎に波長変換するレーザ装置である、請求項７記載のパルス光生成装置。
【請求項９】
二光子顕微鏡向けのフェムト秒レーザ装置である、請求項７記載のパルス光生成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長変換光学系及びパルス光生成装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
パルス光を発振する発振部と、発振部で発振したパルス光の波長をソリトン自己周波数シフトを利用して変調する変調部と、を備えるパルス光生成装置が知られている。このようなパルス光生成装置では、変調部による変調前のパルス光の強度を高めることで、当該変調によりパルス光を波長が異なる複数のパルス光へ分裂（多色化されたソリトンを出力）することが図られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００４－５２７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述したパルス光生成装置では、パルス光として超短パルス光を用い、超短パルス光のパルス毎に高速に波長を変化させる。このような超短パルス光について波長変換を行う場合には、広帯域且つ高効率な波長変換結晶を用意する必要がある。その際、波長変換の効率を高くするためには分厚い結晶を用いることが考えられるが、その場合には、結晶中の各点で発生する波の位相を揃える位相整合のために結晶への光の入射角度を変化させる駆動系が必要になる。しかしながら超短パルス光のパルス毎（例えば数１０ＭＨｚ毎）に結晶を駆動させることは困難である。対して、薄い結晶を用いた場合に、位相整合は容易となるが波長変換の効率を高くするためには結晶に入射する基本波強度を高くする必要がある。しかしながら、基本波強度を高くした場合には、様々な非線形効果が加わり、結果的に波長変換の効率が低下してしまうおそれがある。このように、従来、パルス毎に波長が変化させられる超短パルス光の波長変換を行う場合等、短い時間において広帯域で波長変換を行う構成において、波長変換を高効率で行うことが難しかった。
【０００５】
本開示は、短い時間において広帯域で波長変換を行う構成において、高効率に波長変換を行う波長変換光学系及びパルス光生成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】
【０００６】
（１）本開示の一態様に係る波長変換光学系は、光の入射位置によって変換される波長帯が異なる波長変換部と、波長変換部の各入射位置に、変換対象の波長帯の光が入射するように、波長帯毎に光路を変化させる波長毎光路設定部と、を備える。
【０００７】
本開示の一態様に係る波長変換光学系では、入射位置毎に変換対象の波長帯が異なる波長変換部に対して、対応する波長帯の光（変換対象の波長帯の光）が各入射位置に入射するように、波長毎光路設定部により波長帯毎に光路が変化させられている。このような構成によれば、波長毎光路設定部によって、各波長帯が波長変換素子の適切な入射位置で適切に波長変換されるように光路設定されるので、波長変換部を移動させる駆動系を用いることなく、様々な（広帯域の）波長帯について適切に波長変換を行うことができる。駆動系を用いずに広帯域の波長帯について波長変換を行うことができるため、必要な位相整合幅が広く、駆動系による波長変換部の移動では波長変換が間に合わない場合、例えば超広帯域光の超短パルス光の波長変換のように、広い波長幅を持つ光を極めて短い時間で波長変換を行う場合においても適切に波長変換を行うことができる。また、波長毎光路設定部によって波長帯毎に波長変換部の適切な入射位置に入射させられる構成により、用いる波長変換部に求められる制限が少なくなり、高効率に波長変換を行うための波長変換部の構成を適宜設定することができるので、波長変換を高効率に行うことができる。以上のように、本開示の一態様に係る波長変換光学系では、短い時間において広帯域で波長変換を行う構成において、高効率に波長変換を行うことができる。
【０００８】
（２）上記（１）に記載された波長変換光学系において、波長毎光路設定部は、光を波長帯毎に分散させることにより波長帯毎に光路を変化させる分散部と、分散部からの光を波長変換部の入射位置に集光する集光部と、を有していてもよい。このような構成によれば、分散部による波長帯毎の分散によって波長帯毎に適切に光路を変化させると共に、集光部によって各入射位置に適切に光を集光させることができ、広帯域での波長変換を適切に行うことができる。
【０００９】
（３）上記（２）に記載された波長変換光学系において、分散部から集光部までの距離、及び、集光部から波長変換部までの距離は、いずれも集光部の焦点距離に合わせて設定されていてもよい。このような構成によれば、分散部及び集光部を用いて、より高精度に広帯域での波長変換を行うことができる。
【００１０】
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載された波長変換光学系において、波長変換部は波長変換素子を備え、波長変換素子は各入射位置において互いに異なる波長帯の疑似位相整合が図られるように、扇形構造とされていてもよい。このように、波長変換部が波長変換素子を備え、波長変換素子の形状を扇型として各入射位置で疑似位相整合が図られる波長帯を互いに異ならせることにより、様々な（広帯域の）波長帯について適切に波長変換を行うことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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