光コヒーレンストモグラフィー装置
【課題】光ＣＴ信号に対して校正のための信号処理を行うことなく、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした光コヒーレンストモグラフィー装置を提供する。
【解決手段】２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂをバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型レーザ光源１０と、出力されたレーザ光を参照光と被観測体６０に照射する観測光とに分岐し、被観測体６０からの反射光と参照光との干渉光を発生する干渉光学系２０と、干渉光学系２０により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、被観測体６０の光断層画像情報を算出する信号処理部５０とを備える。
【解決手段】２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂをバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型レーザ光源１０と、出力されたレーザ光を参照光と被観測体６０に照射する観測光とに分岐し、被観測体６０からの反射光と参照光との干渉光を発生する干渉光学系２０と、干渉光学系２０により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、被観測体６０の光断層画像情報を算出する信号処理部５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間的に波長を走査する波長走査型光源を有する光コヒーレンストモグラフィー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年内視鏡治療などの医療技術の進歩に伴って、病理組織の診断を非深襲かつリアルタイムに行う診断方法が望まれている。従来例えばＣＣＤを用いた電子内視鏡や、ＣＴ、ＭＲＩ、超音波による画像化が診断方法として用いられている。電子内視鏡は生体の表面の観察に限定され、また後者の画像診断システムはミクロンオーダーの分解能で観察するには技術的な限界があった。
【０００３】
また、医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の１つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ（探針）として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィー」（OCT:Optical Coherence Tomography）が知られている。ＯＣＴは、光を計測プローブとして用いるため、被計測物体の屈折率分布、分光情報、偏光情報（複屈折率分布）等が計測できるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ＯＣＴ８００は、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図３９に示す。
【０００５】
光源８０１から射出された光は、コリメートレンズ８０２で平行化された後に、ビームスプリッター８０３により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ８０４によって被計測物体８０５に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ８０４、ビームスプリッター８０３に戻る。
【０００６】
一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ８０６を通過した後に参照鏡８０７によって反射され、再び対物レンズ８０６を通してビームスプリッター８０３に戻る。このようにビームスプリッター８０３に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ８０８に入射し光検出器８０９（フォトダイオード等）に集光される。
【０００７】
ＯＣＴ８００の光源８０１は、時間的に低コヒーレンスな光（異なった時刻に光源から出た光同士は極めて干渉しにくい光）の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差（τ）を変化させながら、光検出器８０９で干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号（インターフェログラム）が得られる。
【０００８】
そのインターフェログラムの形状が、被計測物体８０５の奥行き方向の反射率分布を示しており、１次元の軸方向走査により被計測物体８０５の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、ＯＣＴ８００では、光路長走査により、被計測物体８０５の奥行き方向の構造を計測できる。
【０００９】
このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、２次元の走査を行うことで被計測物体の２次元断面画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測物体を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、被計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノミラーの角度を回転させる構成等が用いられている。
【００１０】
以上の基本的なＯＣＴが発展したものとして、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型ＯＣＴと、分光器を用いてスペクトル信号を得るスペクトルドメインＯＣＴがあり、後者としてフーリエドメインＯＣＴがある。
【００１１】
波長走査型ＯＣＴは、非特許文献１に記されているように、生体に光を照射し、照射光の波長を連続的に変化させ、参照光と生体内の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉計で干渉させ、その干渉信号の周波数成分を分析することによって、断層画像を得るシステムである。この技術は物体内部からの信号の周波数分析から極めて高分解能の断層画像を構築することができるため、高度なシステムとして期待されている。波長走査型ＯＣＴは測定感度も高く、動的ノイズに強いという点で内視鏡などの実使用に好適である。ここで照射する光の波長走査の帯域が広いほど周波数分析の帯域が上がるので、深さ方向の分解能が上がる。
【００１２】
フーリエドメインＯＣＴは、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター（スペクトル分光器）で取得し、このスペクトル強度分布に対してフーリエ変換することで、実空間（ＯＣＴ信号空間）上での信号を取り出すことを特徴とするものであり、このフーリエドメインＯＣＴは、奥行き方向の走査を行う必要がなく、ｘ軸方向の走査を行うことで被計測物体の断面構造を計測可能である。
【００１３】
偏光感受型ＯＣＴは、フーリエドメインＯＣＴと同様に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルをスペクトル分光器で取得するものであるが、入射光及び参照光をそれぞれ１／２波長板、１／４波長板等を通して水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光、円偏光として、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて１／２波長板、１／４波長板等を通して、例えば水平偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換するものである。この偏光感受型ＯＣＴも、奥行き方向の走査を行う必要がない。
【００１４】
従来、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした波長走査型のファイバレーザ光源として、光ファイバーループに発振波長にゲインを有するゲイン媒体と光サーキュレータを設け、光サーキュレータで取り出された光をコリメートレンズで拡大し、その光軸上に設けたポリゴンミラーを回転させ、ポリゴンミラーで反射された光の受光位置に入射光と同一方向に光を反射するリトロー構成とした回折格子を設けた構成の波長走査型ファイバレーザ光源が提案されている。この波長走査型ファイバレーザ光源では、回折格子への入射角度によって選択波長が変化し、２回の入射により選択度が増すので、高速でポリゴンミラーを回転させて選択波長を変化させても、狭帯域のままで発振波長を変化させることができる（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
また、エルビウムドープドファイバを用いたリングレーザによる波長可変光源も提案されている。この波長可変光源２０００は、例えば図４０に示すように、エルビウムドープドファイバ（ＥＤＦ）をゲイン媒体とするファイバアンプ２０１２を用い、その光ファイバーループ２０１１内に波長可変型のバンドパスフィルタ２０１４を設けて、このバンドパスフィルタ２０１４の波長を変化させることによって、光ファイバーループ２０１１に接続した光カップラ２０１５を介して取り出されるレーザ光の波長を可変するようにしたものである。この場合には光ファイバーループ２０１１の共振器長を例えば３０ｍと長くできるため、縦モード間隔を狭くすることができる。そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタ２０１４の選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる（例えば、非特許文献２参照）。
【００１６】
さらに、レーザ素子内に波長可変機構を設けたタイプでは、利得を生み出す活性領域と、回折格子による反射を生み出すＤＢＲ領域とが、同一レーザ素子内に形成されたＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg reflector laser diode）が提案されている。このＤＢＲ−ＬＤの波長可変範囲は、最高でも１０ｎｍ程度である。また、利得を生み出す活性領域とこれを前方と後方で挟むＤＢＲ領域とが同一レーザ素子内に形成された、不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤが提案されている。前方と後方のＤＢＲ領域は、不均一回折格子によって多数の反射ピークが発生し、かつ反射ピークの間隔が前方と後方で僅かにずれている。この構造によっていわゆる「バーニア効果」が得られるので、極めて広い波長可変が可能となる。この不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤでは、１００ｎｍを越える波長可変動作が実現されている。この不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤでは、１００ｎｍを越える波長可変動作及び４０ｎｍの準連続波長可変動作が実現されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−１０１３６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２３７３５９号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８７７０号公報
【非特許文献１】Handbook of Optical Coherence Tomography，p41-43, Mercel Dekker, Inc. 2002
【非特許文献２】YAMASHITA ET AL., IEEE JOURAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.7, NO.1 JANUARY/FEBRUARY 2001, PP41〜43
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、波長走査型ＯＣＴにおける時間信号のフーリエ変換が被計測物体の深さ方向の散乱分布、すなわち光断層像となる。正確な光断層像を得るためにはもとの信号は光の波数（２π／波長）について等間隔である必要がある。
【００１９】
一般に波長走査光源や分光器は波長に対して線型に設計することが多い。また、その線型性は完全ではなく、校正は困難であった。この校正や波数への変換を行わないと、得られる光断層画像の解像力は著しく低下し、また、深さ方向の線型性も失われてしまう。従って光源の走査特性の出力を波数に校正する事が必要不可欠であった。
【００２０】
これら波長走査型光源の校正は、あらかじめ波長走査型光源の時間特性を測定し（オシロスコープや干渉フィルタ等の機材を用いたり、特許文献１の手法などにより行われ、それを基準に、得られた干渉信号を、光の波数（２π／波長）について等間隔になるように再配列し、信号処理を加えることで行われていた。信号処理の時間だけ画像出力に時間がかかる。
【００２１】
また、一般に波長走査光源は機械的な波長選択素子による波長走査であり、高速性に限界があり、せいぜい２０ｋＨｚが実現しているに過ぎない。そのため３ＤのＯＣＴ信号を得ようとした場合、数秒の時間を要していた。
【００２２】
また、波長可変光源を分析装置の光源として用いる場合には、高速で波長を変化させること、及び発振スペクトルの幅を狭くすることが必要であり、これに応じた特性がバンドパスフィルタにも要求される。例えば光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）において、高速の波長走査が利用可能になると、高速の画像処理、血流観測、酸素飽和濃度の変化等の動的な解析が可能となるので、このような装置が要求されている。
【００２３】
上記特許文献２の開示技術を採用した製品として、例えば、ｓａｎｔｅｃ株式会社より、最高２０ｋＨｚのスキャンレートで波長を繰り返し走査することのできる波長スキャニングレーザー光源ＨＳＬ−２０００が提供されている。しかし現状では、波長走査の周期として２０ｋＨｚが実用化になっているに過ぎない。
【００２４】
これでは光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）により立体画像を得るのに数秒の時間を必要としてしまう。
【００２５】
また、上記特許文献３に記載されているように、ＤＢＲ−ＬＤでは、ＤＢＲ領域にキャリア注入を行うことにより、この部分での屈折率を変化させて、波長可変動作を実現している。このため、電流注入により結晶欠陥が増殖すると、電流注入に対する屈折率変化の割合が著しく変動するので、長期に渡り安定な波長でのレーザ発振を維持することが難しい。更に、現状の化合物半導体のプロセス技術では、２インチ以上のインチアップは不可能である。そのため、複雑化してサイズの大きくなったレーザ素子では、現状以上の価格低減が難しい。だからといって１ｍｍ以下の小型な素子だと縦モード間隔が大きく、例えば１００ＧＨｚであり、高速で波長を変化させるような単に波長可変フィルタの波長を変えただけだと縦モード間隔ごとのとびとびの波長可変動作となる。このような大きなとびとびの波長可変動作は光コヒーレンストモグラフィーへの応用としては大きすぎる。さらに単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。
【００２６】
さらに、上記特許文献２の開示技術では、リング型の光共振器で複数の光共振器を波長フィルタに採用した構成であり、バーニア効果によって波長可変が可能であるが、ヒータによる波長可変であり、高速走査に適していない。また同じ基板上にある複数のリング型の光共振器の共振器長をそれぞれ調整することが難しい。またリング型の光共振器を含むレーザ全体の長さが短いので単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。
【００２７】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、光ＣＴ信号に対して校正のための信号処理を行うことなく、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することにある。
【００２８】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置は、レーザ発振光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型光源と、上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、走査されているレーザ光の波数が時間に対して線形になるよう校正されている。
【００３１】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、上記レーザ発振光路となる光ファイバーループと、上記光ファイバーループ内に設けられ、発振波長に利得を有する光増幅器と、上記光ファイバーループ内に設けられ、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器と、上記光ファイバーループに接続され、当該光ファイバーループを通過する光の一部を取り出す光学素子と、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部とを備える。
【００３２】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記共振器長制御部により共振器長が一定範囲で周期的に変化される上記ファブリペロー共振器は、例えば、電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器からなり、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により通過する光を光変調する。
【００３３】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器は、例えば、それぞれファブリペロー電気光学変調器からなり、温度制御により上記近接したＦＳＲに調整されている。
【００３４】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記共振器長制御部は、例えば、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器に互いに反転した走査信号を与えて、上記各ファブリペロー共振器の共振器長を相反的に変化させる。
【００３５】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記共振器長制御部は、例えば、走査信号に制御電圧を重畳することで上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器を通過する光の中心波長を制御する。
【００３６】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置は、例えば、上記２台のファブリペロー共振器の各後段に上記光増幅器がそれぞれ設けられる。
【００３７】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置では、例えば、上記光ファイバーループを通過する光の方向又は偏光によって上記光を分離して、１台の上記光増幅器により上記２台のファブリペロー共振器の各後段で光増幅を行う。
【００３８】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されている。
【００３９】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記レーザ発振光路は、例えば、互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなる２台のファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなる。
【００４０】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４１】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー共振器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４２】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４３】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる。
【００４４】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されている。
【００４５】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記レーザ発振光路は、例えば、空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と上記ファブリペロー電気光学変調器から出射させた光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなり、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、互いに直交する偏光成分の光それぞれに対して近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器として機能し、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により、互いに直交する偏光成分の光それぞれを変調する。
【００４６】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４７】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー共振器は、例えば、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４８】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４９】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる。
【００５０】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されている。
【００５１】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００５２】
さらに、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、偏波無依存のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなり、上記波長走査型光源は、発振波長に利得を有する偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備える。
【００５３】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置は、広帯域光源と上記広帯域光源から出射される光の出射光光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する波長可変フィルタ手段とを備える波長走査型光源と、上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する高速に波長走査が可能な波長走査型光源を用いることにより、高速なＯＣＴ信号取得が可能であり、共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出される光の波数（２π／波長）が時間に対して線形になるように校正されていることにより、得られた干渉信号を、光の波数（２π／波長）について等間隔になるように再配列し、信号処理を加える必要がないので、ＯＣＴ信号に対して校正のための信号処理を行うことなく、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００５６】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置１００は、その基本的な構成を図１に示すように、波長走査型レーザ光源１０と、この波長走査型レーザ光源１０に光ファイバー１を介して接続された干渉光学系２０と、この干渉光学系２０に光ファイバー２を介して接続された走査光学系３０と、上記干渉光学系２０に光ファイバー３を介して接続された参照光学系４０と、上記干渉光学系２０に光ファイバー４を介して接続された信号処理部５０からなる。
【００５７】
この光コヒーレンストモグラフィー装置１００における波長走査型レーザ光源１０は、本件出願人が例えば特願２００７−０１８１６８号として先に提案している２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力するものであって、その詳細については後述する。
【００５８】
上記干渉光学系２０は、上記波長走査型レーザ光源１０から出力されたレーザ光を参照光と被観測体６０に照射する観測光とに分岐し、被観測体６０に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生するものであって、例えば、上記波長走査型レーザ光源１０から出力されたレーザ光が光ファイバー１を介して入射されるファイバカップラー２１からなる。
【００５９】
この干渉光学系２０では、上記ファイバカップラー２１において、上記波長走査型レーザ光源１０から光ファイバー１を介して入射されたレーザ光を、光ファイバー２を介して走査光学系３０に送る観測光と、光ファイバー３を介して参照光学系４０に送る参照光とに分割し、光ファイバー２を介して観測光を走査光学系３０に送るとともに、光ファイバー３を介して参照光を参照光学系４０に送り、上記走査光学系３０から光ファイバー２を介して戻ってくる被観測体６０に照射した観測光の反射光と、上記参照光学系３０から光ファイバー３を介して戻ってくる参照光との干渉光を当該ファイバカップラー２１において発生し、発生した干渉光を光ファイバー４を介して信号処理部５０に送る。
【００６０】
上記走査光学系３０は、上記干渉光学系２０において分岐された観測光を空間的に走査して被観測体６０に照射し、上記被観測体６０による反射光を上記干渉光学系２０に戻すもので、レンズ３１、角度が可変可能な走査鏡３２及びレンズ３３からなる。
【００６１】
上記干渉光学系２０においてファイバカップラー２１により分岐され光ファイバー２を介して上記走査光学系３０に送られてきた観測光は、レンズ３１、角度が可変可能な走査鏡３２及びレンズ３３を介して被観測体６０に照射され、上記被観測体６０で反射された反射光が逆ルートで上記ファイバカップラー２１に戻される。
【００６２】
上記参照光学系４０は、上記干渉光学系２０において分岐された参照光を固定参照鏡４３により反射して上記干渉光学系２０に戻すもので、レンズ４１、レンズ４２及び固定参照鏡４３からなる。
【００６３】
上記干渉光学系２０においてファイバカップラー２１により分岐され光ファイバー３を介して上記参照光学系４０に送られてきた参照光は、レンズ４１及びレンズ４２を介して固定参照鏡４３に照射され、この固定参照鏡４３で反射されて逆ルートで上記ファイバカップラー２１に戻される。
【００６４】
そして、上記干渉光学系２０のファイバカップラー２１において上記被観測体６０に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生し、発生した干渉光が光ファイバー４を介して信号処理部５０に伝送される。
【００６５】
上記信号処理部５０は、上記干渉光学系２０により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体６０の光断層画像情報を算出するものであって、光検知器５１、演算処理部５２及び表示部５３からなる。
【００６６】
この信号処理部５０では、上記干渉光学系２０のファイバカップラー２１から光ファイバー４を介して送られてくる干渉光を光検知器５１による受光して電気信号に変換し、スペクトル干渉信号として検出する。そして、演算処理部５２は、この光検知器５１により検出されたスペクトル干渉信号を取り込み、スペクトル干渉信号を等周波数間隔でフーリエ変換することにより、上記被観測体６０の奥行き方向と走査鏡３２の走査方向の光断面画像情報を算出して、表示部５３に光断層画像を表示する。
【００６７】
ここで、この光コヒーレンストモグラフィー装置１００において、上記波長走査型レーザ光源１０は、時間的に波長を変化させて走査する光源、すなわち、波長が時間依存性を有する光源であり、参照鏡４３を走査することなく、被観測体６０の奥行き方向の反射率分布を得て奥行き方向の構造を取得することができ、１次方向の走査をするだけで、二次元の断層画像を形成することができる。
【００６８】
この光コヒーレンストモグラフィー装置１００において、時間的に波長を変化させて走査する波長走査型レーザ光源１０は、レーザ発振光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力するものであって、その基本的な構成を図２に示すように、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１１と、上記光ファイバーループ１１内に設けられ、発振する波長に利得を有する光増幅器１２と、上記光ファイバーループ１１内に設けられ、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂと、上記光ファイバーループ１１に接続され、当該光ファイバーループ１１を通過する光の一部を取り出す光学素子例えば光学カップラ１４と、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の一方、ここではファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５とを備えてなる。
【００６９】
この波長走査型レーザ光源１０において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１３Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することのできるようになっている。
【００７０】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂは、一方のファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【００７１】
この波長走査型レーザ光源１０では、光ファイバーループ１１内に設けられた上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループ１１を介して帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源１０では、上記ファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【００７２】
なお、上記光ファイバーループ１１からレーザ光を取り出す光学カップラ１４は、光増幅器１２の後に設けられているが、光増幅器１２の前、あるいは、２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの間に設けられていてもよい。
【００７３】
このような構成の波長走査型レーザ光源１０では、光ファイバーループ１１の共振器長を長くすることができ、光ファイバーループ１１の共振器長を例えば１０００ｍとすることにより、レーザ全体の縦モード間隔を例えば２００ｋＨｚ程度に狭くすることができる。これにより、上記レーザ全体の縦モード間隔は各ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの一つ一つのモードの帯域幅（ＦＳＲ／フィネス、例えば２．５ＧＨｚ／５０＝５０ＭＨｚ）よりも十分狭くできるので、そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【００７４】
ここで、通常の光共振器の透過スペクトルを図３の（Ａ），（Ｂ）に示す。横軸は光の周波数であり、ＦＳＲ＝１として規格化して、１００×ＦＳＲの範囲を示している。ＦＳＲ毎の１００本のモードが見て取れる。なお、図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）の拡大図である。
【００７５】
図４の（Ａ）〜（Ｇ）は、ＦＳＲが１％異なる光共振器を２台縦列接続した場合の透過スペクトルを示している。それぞれの横軸は図３の（Ａ）と同じであるが、２台の光共振器のそれぞれのモード間隔が異なるためにバーニア効果を起こして、ＦＳＲが小さなモードで構成させるスペクトルの包絡線はＦＳＲが大きな光共振器と同等になる。１％のＦＳＲの違いはモアレ縞の包絡線のＦＳＲを１００倍にする。また、共振器長を波長程度変えると、ピークがモアレ縞の包絡線のＦＳＲだけ変化することがわかる。なお、図４の一部の拡大図を図５に示す。
【００７６】
したがって、ＦＳＲの小さい光共振器を用いたとしても２台の光共振器のスペクトルのバーニア効果を利用すれば、モアレ縞の包絡線のＦＳＲは、２台の光共振器のＦＳＲの違いに反比例して、大きくなる。
【００７７】
すなわち、ＦＳＲの小さい光共振器を用いたとしても２台の光共振器のスペクトルのバーニア効果を利用することにより、波長可変レーザ光源を構成することができる。
【００７８】
この場合、２台の光共振器のＦＳＲに相当する間隔でレーザの波長はＦＳＲ（例えば２．５ＧＨｚ）ごとのとびとびになるが、光ＣＴ等の応用の場合、深さ方向の測定範囲がｃ／ＦＳＲ（約１０ｃｍ）よりも十分狭い範囲であれば擬似的に連続して波長可変と見なすことができる。
【００７９】
また、光共振器にＬＮ（LiNbO３）等の電気的に屈折率可変な材料で構築したファブリペロー共振器に電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器（または 光コム発生器）と呼ばれる変調器を用いることで電気光学効果により波長可変が行える。電気的な変調であるのでリニアリティーや再現性も優れている。
【００８０】
そこで、上記波長走査型レーザ光源１０における共振器長が可変されるファブリペロー共振器１３Ａには、ファブリペロー電気光学変調器が用いられる。そして、ファブリペロー電気光学変調器に上記共振器長制御部１５により鋸歯状波等の周期的な信号を与えて光変調することで、上記波長走査型レーザ光源１０の発振波長を高精度に且つ高速に走査することができる。
【００８１】
また、ファブリペロー電気光学変調器は、研磨によって長さ調整が行なえ、それぞれ温度制御を行なうことで正確に共振器長を制御できるので、共振器長の絶対値を温度制御を行うことで希望する範囲に１ｐｐｍで制御が可能である。したがって、例えばＦＳＲ＝２．５ＧＨｚのファブリペロー電気光学変調器と、１／４０００だけＦＳＲの異なるファブリペロー電気光学変調器を２台揃えることは容易である。これによりバーニア効果によって４０００倍の１０ＴＨｚのＦＳＲの波長選択素子が容易に実現できる。
【００８２】
そこで、上記波長走査型レーザ光源１０における近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂには、研磨によって長さが揃えられたファブリペロー電気光学変調器が用いられ、各共振器長の絶対値が温度制御により調整される。
なお、例えば正確に必要量だけ長さを変えて光共振器を製作できれば、２台の光共振器を熱的に同じ温度になるように熱的に接触させられることで、ＦＳＲの差は一定になるので、温度制御を行なわなくてもよい。例えば導波路プロセスの調整でＦＳＲに差をつけることができ、ＬＮのＴｉ拡散による導波路の場合であれば、例えば１/４０００だけ屈折率が変わるように、Ｔｉのドープ量を調整することによって、１／４０００だけＦＳＲの異なる導波路ファブリペロー電気光学変調器を作製することができる。
【００８３】
上記２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂにファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’を用いた波長走査型レーザ光源１０の実際の構成例を図６に示す。
【００８４】
現在市販されているファブリペロー電気光学変調器は反射があるので、図６に示す波長走査型レーザ光源１０では、光アイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを挿入している。また、遅延線１８を挿入している。例えば遅延線は１ｋｍのファイバーである。これにより光ファイバーループ１１を光が一周する時間は５μｓとなるので、２００ｋＨｚの周期でのモード間隔になる。この波長走査型レーザ光源１０全体の系は偏波保存で構築され、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１１を通過する光の偏光の状態を決定するために偏光子１９が光増幅器１２と光アイソレータ１７Ｃと間に挿入されている。なお、遅延にはファラデーミラーとＳＭファイバーとＰＢＳカップラを用いても可能である。走査周波数はこの２００ｋＨｚの整数倍で可能になる。
【００８５】
なお、偏光子１９は、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１１を通過する光の偏光の状態を決定するためのものであって、基本的にループ内のどの位置に挿入してもよい。
【００８６】
ここで、上記波長走査型レーザ光源１０における光増幅器１２、ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂ、光カップラ１４として、波長１．５μｍ帯用の、光ファイバアンプＥＦＤＡ、２台のコム発生器モジュールＯＦＣＧ１，ＯＦＣＧ２、光カップラＰＣを使用して、図７に示すファイバーリングレーザーを構成し、コム発生器モジュールＯＦＣＧ１へのバイアス電圧による波長可変特性を測定したところ、高速波長走査可能な走査型レーザ光源として機能しており、図８に示すような結果が得られた。
【００８７】
温度差が大きいとＦＳＲの差が大きいため、電圧に対する波長変化は緩やかで波長可変帯域は狭くなる。温度差が小さくなると波長の変化はバイアス電圧に敏感になり、波長可変帯域も拡大する。波長可変帯域は、温度差１５℃の場合３３ｎｍ程度、温度差２５度の場合約１５ｎｍであった。
【００８８】
なお、光増幅器１２には、IPG Photonics社製の光ファイバアンプ（PM EDFA）をＰｏｕｔ＝＋２２．６ｄＢｍで使用した。また、ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂとして、室温でＦＳＲが２．５ＧＨｚの導波路型ファブリペロー電気光学変調器（株式会社光コム製の導波路型FP-EO変調器 WR-250-03）を２台使用し、温度制御により第１の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’と第２の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ｂ’の温度をずらしてＦＳＲをずらし、波長可変フィルタを構成した。各導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’はＦＳＲが１℃当たり約０．０８ＭＨｚ変化するものを使用し、ペルチェ素子などを用いた温度制御により、第１の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’の温度は２０℃（固定）とし、第２の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ｂ’の温度は３３℃〜４５℃（可変）とした。
【００８９】
光カップラ１４には、１０：９０すなわち１０％が出力のものを使用した。
【００９０】
光アイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の入出力に各１箇所使用した。
【００９１】
ここで、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’はロスがおよそ７ｄＢあり、２台の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’を併せて１４ｄＢのロスとなり、このロスはレーザ光の自然放出光（ＡＳＥ）を増加させるので、図９のように２台の光増幅器１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の後段に配置し、それぞれの導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の後段で光増幅を行うことにより、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’におけるロスによる自然放出光（ＡＳＥ）の増加を少なくすることができる。
【００９２】
また、例えば図１０や図１１に示すように、光ファイバーループ１１を通過する光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子１９Ａ，１９ＢとＰＢＳカップラ２０Ａ，２０Ｂにより偏光成分を分離することで光の経路を決定し、１台の光増幅器１２を２台の光増幅器１２Ａ，１２Ｂとして用い、それぞれ導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の後段で光増幅するようにしても、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’におけるロスによる自然放出光（ＡＳＥ）の増加を少なくすることができる。
【００９３】
例えばＳＯＡ等の光増幅器はどちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるので、これを用いると光が一周する間に２度光増幅を行うことができ、図１０に示す波長走査型レーザ光源１０では、方向と偏光で光を分離し、ＳＯＡを用いた１台の光増幅器１２で光増幅を行うようにしている。なお、ＰＢＳカップラ２０Ａ，２０Ｂの代わりにサーキュレータを用いるようにしても良い。また、図１１に示す波長走査型レーザ光源１０では、光増幅器１２を通過する方向は同じであるが、偏光で分離するようにしている。
【００９４】
ここで、図１２に示すような測定系２００を構築して、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０から出力されるレーザ光の波長を干渉計２１０にて測定して、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の一方のファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を変化させる共振器長制御部１５により与える走査信号電圧とレーザ周波数との関係を求めた結果を図１３の（Ａ）に示し、また、その測定値の直線近似値からのずれ量をプロットした結果を図１３の（Ｂ）に示す。図１３の（Ａ）、（Ｂ）の各横軸は走査信号電圧であり、図１３の（Ａ）の縦軸は測定結果として得られた波長に対応するレーザ周波数であり、図１３の（Ｂ）の縦軸はそのレーザ周波数測定値の直線近似値からのずれ量である。
【００９５】
また、上記共振器長制御部１５がファブリペロー共振器１３Ａに与える走査信号の波形と干渉計２１０にて得られる干渉信号の波形を観測したところ、図１４の（Ａ）、（Ｂ），（Ｃ）ように、走査信号の波形（三角波、正弦波、鋸歯状波）に追従した干渉信号の波形が得られた。
【００９６】
ここで、上記図１２に示した測定系２００では、波長走査型ファイバレーザ光源１０の光増幅器１２にはＳＯＡ（半導体光アンプ）を用い、また、遅延線１８として１ｋｍのＳＭファイバーとファラデーミラーとＰＢＳカップラを用いた遅延線を挿入した。さらに、同期したファンクションジェネレーター２チャンネルを共振器長制御部１５として用いて、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して任意の波形で変調ができるようにした。
【００９７】
この測定系２００では、光増幅器１２にＳＯＡを用いたことで波長可変範囲が大きくなっている。すなわち、図１３の（Ａ）は一方のファブリペロー共振器１３Ａのバイアスに電圧を加えてレーザの周波数（波長）変化を測定した結果を示しているが、データをみると波長可変が１０ＴＨｚに達したことがわかる。１０ＴＨｚはおよそ８０ｎｍであり、これは図７の系で得た図８の実験データ３３ｎｍよりも大きい。ここでは、温度の条件として２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの温度差が８度に設定されている。
【００９８】
また、この測定系２００では、波長走査型レーザ光源１０に遅延線１８を入れることにより１００ｋＨｚの整数倍で変調が可能になっている。１ｋｍのＳＭファイバーとファラデーミラーとＰＢＳカップラを用いた遅延線の場合、光がファイバーを往復するので、２ｋｍの遅延線と等価になる。図１４のデータは走査周波数２００ｋＨｚでのデータであり、温度の条件も同じ８度とした。走査範囲は１０ＴＨzである。
【００９９】
さらにこのとき、同期した２チャンネルのファンクションジェネレーターを共振器長制御部１５として用いて、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して反転した走査信号を加えることにより、波長の変化の方向にかかわらず図１４のように良好な変調が得られた。一方のファブリペロー共振器１３Ａだけに１００ｋＨｚを超える走査信号を加えた場合、波長の変化の方向によって光強度が異なったり、レーザ発振しなくなるなど不具合が生じたりしましたが、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して反転した走査信号を加えることで、それらの不具合の程度は格段に減少した。これにより走査周波数は少なくとも１ＭＨｚまでは確認できた。
【０１００】
なお、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して反転した走査信号を加える場合、特に高速走査周波数（１ＭＨｚぐらい）では、２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの間の距離を無視できないので、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して加える反転した走査信号の間の位相差を調整する必要がある。
【０１０１】
上記測定結果から明らかなように、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０におけるレーザ周波数は、共振器長制御部１５による走査信号電圧にほぼ比例する。
【０１０２】
すなわち、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０は、その光の波長が入力電圧信号に比例する。したがって、例えば入力電気信号として直線的な鋸歯状波などで変調すれば、鋸歯状の波長の変調が可能である。特に電気的なＥＯ効果によって波長を操作することができるので、機械的な変調で起こるヒステリシスなどもない。
【０１０３】
ここで、光コヒーレンストモグラフィー装置に波長走査型レーザ光源１０を用いる場合、必要なコヒーレント長をδＬとし、光の速度をｃとすると、ファブリペロー電気光学変調器の最大ＦＳＲ（ＦＳＲmax）は、サンプリング定理から、
ＦＳＲmax＝ｃ／δＬ （１）式
なる（１）式にて与えられる。
【０１０４】
そして、２つのファブリペロー電気光学変調器がそれぞれ７ｄＢの損失を持っているために、総合損失は１４ｄＢ以上あり、出力パワーは、飽和限界に届いておらず、各ファブリペロー電気光学変調器の光学的応答特性に敏感な状態にある。
【０１０５】
したがって、周波数走査速度（Ｓrate）、すなわち、単位時間当たりにレーザ光が走査する周波数のカットオフ（Ｓrate-cut）は、最大走査レンジ（ＦＳＲv）の関数として、
Ｓrate-cut＝ＦＳＲv／Ｆδｔ （２）式
なる（２）式にて与えられるものと推定される。ここで、δｔ（＝Ｆ／ＦＳＲ）は、ファブリペロー電気光学変調器における光子の寿命である。
【０１０６】
実験の結果として得られた周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）は、１２ＴＨｚ／μｓであった。
【０１０７】
また、コヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit）は、
δＬlimit＝ｃ／Ｓrateδｔ （３）式
なる（３）式にて与えられるものと推定された。
【０１０８】
この結果から、コヒーレント長（δＬ）と周波数走査速度（Ｓrate）はトレードオフの関係にあると予測することができ、周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）におけるコヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit-cutoff）は、
δＬlimit-cutoff＝cＦ／ＦＳＲv （４）式
なる（４）式にて与えられる。
【０１０９】
したがって、コヒーレント長（δＬ）、周波数走査速度（Ｓrate）、最大走査レンジ（ＦＳＲv）がシステムの要求で与えられたとすると、共振器の条件、すなわち、フィネス（Ｆ）及び自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の条件を次のようにして決定することができる。
【０１１０】
すなわち、フィネス（Ｆ）の取り得る範囲は、上記（３）式から一般的に求めると
ｃＦＳＲ／ＳrateδＬ＞Ｆ
となり、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の取り得る範囲は、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ
となる。
【０１１１】
ここで、実際の装置では、上記フィネス（Ｆ）の取り得る範囲が、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ＞ＳrateＦ２／ＦＳＲv／２
すなわち、周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）の１／２から２倍の範囲で良好な動作を確認することができた。
【０１１２】
なお、この波長走査型光源１０では、走査速度が遅い場合、特に周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも遅い場合に、強度雑音が発生した。この現象は、モード競合雑音（mode competition noise）と考えられ、ＳＯＡに高周波重畳（high frequency superposition）を行うことにより、モード競合雑音（mode competition noise）を減らすことができ、走査速度が遅い場合の特性を改善することができる。周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも速い場合には、上述の図８、図９、図１０等に示した方法によりループ利得を大きくすることで改善できる。
【０１１３】
また、このバーニア効果による波長走査型光源１０では、原理的に、レーザ波長が走査信号電圧に比例するので、レーザ周波数が走査信号電圧に完全には比例していない。したがって、直線的な走査信号では波数（レーザ周波数×２π÷光速）について時間的に等間隔な走査はできないが、走査信号の波形を調整することにより、波数について時間的に等間隔な走査を行うことができる。
【０１１４】
すなわち、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０は、電気的信号を調整し非線形な鋸歯状波にすることで、波数について時間的に等間隔であるような、鋸歯状の変調が可能である。
【０１１５】
すなわち、αを定数とすると、電圧Ｖに対する波長は、
λ＝α・Ｖ＋λ０
である。一方、光の波数Ｋは、
Ｋ＝２π／λ＝２π／(α・Ｖ＋λ０)
であるので、任意の時間に対する関数Ｋ（ｔ）である波数を実現するには電圧の時間に対する関数Ｖ（ｔ）を
Ｖ（ｔ）＝（２π／Ｋ（ｔ）−λ０）／α
とすればよい。
【０１１６】
そこで、上記波長走査型レーザ光源１０では、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の少なくとも一方のファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長を周期的に走査するにあたり、予め、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える走査信号の波形を調整し、光カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正することによって、波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラ１４を介して得ることができる。
【０１１７】
そして、例えば、図１５に示す波長走査型レーザ光源１０のように、波数が時間に対して線形なレーザ光を得るための校正データを共振器長制御部１５がＲＯＭ１５Ａから読み出して走査信号の波形を生成する構成とすることにより、波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラ１４を介して得ることができる。
【０１１８】
ここで、上記波長走査型レーザ光源１０を改良した波長走査型レーザ光源２１０を図１６に示す。
【０１１９】
この波長走査型レーザ光源２１０は、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂと、発振波長に利得を有する光増幅器１２と、この光増幅器１２に偏光子１９と光アイソレータ１７を介して光ファイバー接続された光学カップラ１４と、上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５とを備え、上記光学カップラ１４が光共振器の共振モードにマッチングするように設計されたコリメータと凸レンズからなる入射側光学系１８Ａを介して一方のファブリペロー共振器１３０Ａにファイバー接続され、一方のファブリペロー共振器１３０Ａが光共振器の共振モードにマッチングするように設計された凸レンズとコリメータからなる出射側光学系１８Ｂと光共振器の共振モードにマッチングするように設計されたコリメータと凸レンズからなる入射側光学系１８Ｃを介して他方のファブリペロー共振器１３０Ｂにファイバー接続され、さらに、他方のファブリペロー共振器１３０Ｂがコリメータの機能を有する出射側光学系１８Ｄを介して上記光増幅器１２にファイバー接続されたレーザ発振の光路となる光ファイバーループを有するファイバーリングレーザーを構成したものである。
【０１２０】
ここで、偏光子１９は、レーザ発振の光路となる光ファイバーループを通過する光の偏光の状態を決定するためのものであって、基本的にループ内のどの位置に挿入してもよい。
【０１２１】
そして、この波長走査型レーザ光源２１０では、上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂには、例えば、図１７に示すように、電気光学結晶１１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を設定することでリング型の共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０がそれぞれ用いられている。
【０１２２】
このように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を共焦点となるように設定したリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒは入射側に戻らないので、光アイソレータを必要としない。
【０１２３】
そこで、この波長走査型レーザ光源２１０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂを用いることにより、各ファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの入出力部分の光アイソレータを省略することができ、光増幅器１２の入力側のみに光アイソレータ１７が設けられている。
【０１２４】
すなわち、この波長走査型レーザ光源２１０では、上述の如く近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂとして入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を用いているので、反射の影響は低いのであるが、リング型レーザの右回りか左回りかの発振方向を決めるために上記光増幅器１２の入力側のみに光アイソレータ１７を挿入している。この光アイソレータ１７は、従来反射のあるファブリペロー電気光学変調器からの反射の影響を低減するためのものと目的が異なり、右回りか左回りかの利得の差を与えられればいいだけの性能しか要求されない。また、この光アイソレータ１７は、基本的にはループ内のどの位置に挿入してもよい。
【０１２５】
この波長走査型レーザ光源２１０において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１３０Ａは、共振器長制御部１５により共振器長を可変することで選択波長を可変することのできるようになっている。
【０１２６】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂは、一方のファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１２７】
この波長走査型レーザ光源２１０では、光ファイバーループ１１内に設けられた上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループ１１を介して帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２１０では、上記ファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０１２８】
なお、上記光ファイバーループ１１からレーザ光を取り出す光学カップラ１４は、光増幅器１２の後に設けられているが、光増幅器１２の前、あるいは、２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの間に設けられていてもよい。
【０１２９】
このような構成の波長走査型レーザ光源２１０では、光ファイバーループ１１の共振器長を長くすることができ、光ファイバーループ１１の共振器長を例えば１０００ｍとすることにより、レーザ全体の縦モード間隔を例えば２００ｋＨｚ程度に狭くすることができる。これにより、上記レーザ全体の縦モード間隔は各ファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの一つ一つのモードの帯域幅（ＦＳＲ／フィネス、例えば２．５ＧＨｚ／５０＝５０ＭＨｚ）よりも十分狭くできるので、そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０１３０】
この波長走査型レーザ光源２１０では、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂを用いているので、各ファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの入出力部分の光アイソレータを省略することができ、光アイソレータにおける光損失によるノイズの上昇を小さくすることができる。
【０１３１】
ここで、導波路型のファブリペロー電気光学変調器は、研磨によって長さ調整が行なえ、それぞれ温度制御を行なうことで正確に共振器長を制御できるので、共振器長の絶対値を温度制御を行うことで希望する範囲に１ｐｐｍで制御が可能である。したがって、例えばＦＳＲ＝２．５ＧＨｚのファブリペロー電気光学変調器と、１／４０００だけＦＳＲの異なるファブリペロー電気光学変調器を用いて、バーニア効果によって４０００倍の１０ＴＨｚのＦＳＲの波長選択素子が容易に実現できる。しかし、凹面鏡を用いる空間型のファブリペロー電気光学変調器では、研磨によって長さ調整を高精度に行なうことは難しいので、凹面鏡の位置を数ミクロンの精度で調整して、２台の光共振器を高精度に温度調整する必要がある。
【０１３２】
また、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲ（Free spectral range）は、通常媒質の群屈折率をｎｇとすると、
ＦＳＲ＝ｃ/（４ｎｇ・Ｌ）
となる。ここで、ｃは真空中の光速、Ｌは共振器長である。
【０１３３】
そして、電気光学変調によく用いられるニオブ酸リチウム（ＬＮ：LiNbO３）では常光の群屈折率をｎｏｇと異常光の群屈折率をｎｅｇは両方とも２程度の値であるが、差が４％ある。
【０１３４】
したがって、電気光学結晶（ＬＮ）１１０により常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ１＝ｃ/（４ｎｏｇ・Ｌ）
となり、また、電気光学結晶（ＬＮ）１１０により異常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ２＝ｃ/（４ｎｅｇ・Ｌ）
となる。
【０１３５】
また、図１８に示すように、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０中に、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａと長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂを挿入して、Ｃ軸が直交するように配置することにより、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａにより常光を変調し、長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂにより異常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ１＝ｃ/（４ｎｏｇ・Ｌ１＋４ｎｅｇ・Ｌ２）
となり、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａにより異常光を変調し、長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂにより常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｅｇ・Ｌ１＋４ｎｏｇ・Ｌ２）
となる。
【０１３６】
この場合、Ｌ１＝Ｌ２であれば、ＦＳＲ１＝ＦＳＲ２であり、電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの長さＬ１，Ｌ２の差でＦＳＲ１，ＦＳＲ２の差を細かく設定することができる。
【０１３７】
なお、ここでは、リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲについて、原理説明のために空間部分を無視して、結晶長と共振器長さが同じものとして計算式を示した。
【０１３８】
このように１台のファブリペロー共振器に２個の結晶を挿入すると、全体の共振器長さを共有している。本来、バーニア効果で重要なのは２つのＦＳＲの差とＦＳＲとの比が重要になるので、長さの絶対値は本質的には重要ではなく、２個の結晶の長さの差が重要になる。２個の結晶の長さの差は、研磨により調整できる。外付けのミラーの位置の多少のズレは無視することができる。
【０１３９】
ここで、上記波長走査型レーザ光源２１０では、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの内の一方のファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長を周期的に走査するようにしたが、例えば図１９に示す波長走査型レーザ光源２１０における共振器長制御部１５のように、周期的な走査信号として鋸歯状波信号発生器１５０により発生された鋸歯状波信号をファブリペロー共振器１３０Ｂには直接供給し、ファブリペロー共振器１１Ａには反転増幅器１５１を介して直接供給する構成とし、２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂ内の電気光学変調器の両方に対して、反転した走査信号を与えて、上記各ファブリペロー共振器の共振器長を相反的に変化させることで変調電圧を半分にでき、反転した走査信号を加えることで変調電圧を半分にでき、また、ファブリペロー共振器内の電気光学変調器に電圧を加えたときに生じる位相の変化は相殺されるので、波長の走査をより高精度且つ安定に行うことができる。
【０１４０】
また、波長走査型レーザ光源２１０において、中心波長はそれぞれのファブリペロー電気光学変調器の温度差に極めて敏感であるので、図１９に示す波長走査型レーザ光源２１０における共振器長制御部１５では、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光、すなわち、中心波長を透過するバンドフィルタを通過した光の一部を光学カップラ１４’からバンドパスフィルタ１６を介して光検出器１５２に導いて該光検出器１５２により検出し、そのタイミングと周期的な走査信号の位相差をロックインアンプ１５３で検出して、その位相差が一定値になるように制御信号を周期的な信号に重畳させてフィードバックすることによって、中心波長を制御するようになっている。これにより、常に一定な波長で変調が可能になる。
【０１４１】
また、図１８に示すように、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１２０中に、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａと長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂを挿入して、Ｃ軸が直交するように配置する場合、図２０に示すように、２つの電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの電極１２５Ａ，１２５Ｂを並列に接続して変調信号を与えて変調するようにすると、それぞれ電圧が結晶のＣ軸に対して反対になるようにすることで偏光方向に対し相対的に光学距離が変化する。
【０１４２】
したがって、結晶を一回透過する間に生じる光学距離の変化は、電気光学定数γ３３、γ３１、結晶長さＬ１、Ｌ２、結晶厚さｄとすると、ＦＳＲ１側の偏光に対しては（γ３１・Ｌ１−γ３３・Ｌ２）・Ｖ/ｄとなり、また、ＦＳＲ２側の偏光に対しては（γ３３・Ｌ１−γ３１・Ｌ２）・Ｖ/ｄとなり、両者の差として（γ３１−γ３３）・（Ｌ１＋Ｌ２）・Ｖ/ｄだけの、光学距離の変調が行われる。
【０１４３】
すなわち、２台のファブリペロー電気光学変調器を用いる場合であっても、電極を入れ替えられるのであれば、反転増幅器１５１は必要なくなる。
【０１４４】
結晶の選択方法はγ３３とγ３１の差の大きな結晶を選ぶことで、例えばＬＮやＬＴなどの場合、一致溶融組成結晶よりも定比組成結晶のほうが有利である。
【０１４５】
ここで、１台のファブリペロー共振器に２個の電気光学結晶を挿入した共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、例えば、次のようにして図２１に示すような構造のモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器として作製する。
【０１４６】
まず、図２２の（Ａ）に示すように、Ｃ軸が光線方向と直交し互いに直交するようにした長尺な結晶１１０１，１１０２とＣ軸が光線方向になるようにした薄目の結晶１２０１，１２０２を作製し、光線方向と直交する各端面を研磨し、電気光学結晶（ＬＮ）１１０１の長さをＬ１、電気光学結晶（ＬＮ）１１０２の長さをＬ２に調整する。
【０１４７】
次に、図２２の（Ｂ）に示すように、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０１と長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０２を各Ｃ軸が直交する状態で屈折率のマッチした接着剤、あるいはオプティカルコンタクトで接着して、さらに、その両端に薄目のＣ軸が光線方向になるようにした結晶１２０１，１２０１を接着し、全体がＬの長さの接合体１０００を作製する。なお、両端の薄目のＣ軸が光線方向になるようにした結晶１２０１，１２０２は光線に対して等方的な媒質である。
【０１４８】
そして、図２２の（Ｃ）に示すように、上記接合体１０００をダイシングしてモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１３０の基体１００１とする。
【０１４９】
次に、図２２の（Ｄ）に示すように、このようにして作製した電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂ及び両端の結晶１２０Ａ，１２０Ｂからなる基体１００１の上記両端の結晶１２０Ａ，１２０Ｂを共焦点になるような曲率Ｒで凸面研磨する。
【０１５０】
次に、図２２の（Ｅ）に示すように、上記曲率Ｒで凸面研磨した上記基体１００１の両端面に蒸着によりコーティングしてファブリペロー共振器を構成する相対向する共焦点の凹面鏡１１１，１１２を形成する。ここで、片側の結晶１２０Ａの端面には１００％未満、反対側の結晶１２０Ｂの端面には１００％でコーティングして各凹面鏡１１１，１１２を形成する。全体の長さをＬとするとき曲率Ｒは、
Ｒ＝（ｎｏ／ｎｅ−１）・（Ｌ１＋Ｌ２）／２＋Ｌ
である。
【０１５１】
そして、図２２の（Ｆ）に示すように、上記凹面鏡１１１，１１２が両端面に形成された基体１００１の各電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの各Ｃ軸と直交する側面に蒸着により電極１２５Ａ，１２５Ｂを形成することにより、図２１に示すような構造のモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１３０を作製する。
【０１５２】
なお、モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１３０の場合コリメータに比べ結晶サイズが小さくなるので、入出射光学系１８Ａ，１８Ｂとして２個のコリメータを並べるのは難しいため、例えば、図２３に示すように、プリズム型ミラー１８Ｃを入力面においた構造の入出射光学系１６Ａ，１６Ｂとしたり、あるいは、図２４に示すように、２芯のフェルールにファイバーを搭載して、プリズム１８Ｄで２芯のフェルールに搭載したファイバーとリング型共振器を結合させる構造の入出射光学系１８とする。
【０１５３】
ここで、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図２５に示す波長走査型レーザ光源２１０’のように、図１６に示した波長走査型レーザ光源２１０における光増幅器１２として、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の方向光増幅器１２’を用い、上記光学カップラ１４に替えて全反射ミラー１４Ａとハーフミラー１４Ｂを設け、上述の近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂをそれぞれ双方向の電気光学変調器として機能する上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０にて構成とすることによって、光ファイバーループを１周する間に２度光増幅を行うようにすることができる。
【０１５４】
この波長走査型レーザ光源２１０’では、一方のファブリペロー共振器１３０Ａから入出射光学系１８Ａ’を介して出射される光が全反射ミラー１４Ａで全反射されて上記入出射光学系１８Ａ’を介して当該ファブリペロー共振器１３０Ａに入射され、このファブリペロー共振器１３０Ａから入出射光学系１８Ｂ’を介して出射された光が入出射光学系１８Ｃ’を介して他方のファブリペロー共振器１３０Ｂに入射され、このファブリペロー共振器１３０Ｂから入出射光学系１８Ｄ’を介して出射された光が双方向光増幅器１２’により増幅される。そして、この双方向光増幅器１２’により増幅された光から偏光子１９を介して取り出される所定の偏光成分の光がハーフミラー１４Ｂで反射されて上記偏光子１９を介して当該双方向光増幅器１２’に入射され、上記偏光子１９を通過する所定の偏光成分の光が上記双方向光増幅器１２’により増幅されて、上記入出射光学系１７Ｂ’を介して当該ファブリペロー共振器１３０Ｂに入射され、このファブリペロー共振器１３０Ｂから入出射光学系を介して出射された光が入出射光学系を介して上記ファブリペロー共振器１３０Ａに入射され、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０１５５】
このような構成の波長走査型レーザ光源２１０’では、光がファイバーループを一周する間に、それぞれ共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器１３０ＡとＦＳＲ２のファブリペロー共振器１３０Ｂを２回ずつ通過するので、バーニア効果としての光フィルタの分解能を向上させることができ、波長の選択がより強まり、線幅の狭い、コヒーレントレングスの長くすることができる。なお、双方向光増幅器１２はループ中のどの位置に挿入してもよい。
【０１５６】
また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、図２６に示す波長走査型レーザ光源２２０のように、偏光成分を分離して合成する光学系１８０を設けることにより、１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂとして機能させることができる。
【０１５７】
すなわち、図２６に示す波長走査型レーザ光源２２０は、図１６に示した波長走査型レーザ光源２１０を改良したものであって、光ファイバーループ内に設けられた１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０、発振波長に利得を有する光増幅器１２、この光増幅器１２に光アイソレータ１７を介して光ファイバー接続された光学カップラ１４、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５、上記光増幅器１２及び光学カップラ１４と入射側光学系１８Ａ及び出射側光学系１８Ｂの間に設けられた偏光成分を分離して合成する光学系１８０などからなる。
【０１５８】
上記光学系１８０は、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からの出射光が出射側光学系１８Ｂを介して入射される第１のＰＢＳカップラ１８１、このＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光が入射される第１の偏光変換器１８２、上記ＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光が入射される第２の偏光変換器１８３、上記光学カップラ１４を介してＳ偏光成分の光が入射される第２のＰＢＳカップラ１８４からなる。
【０１５９】
この光学系１８０において、第１のＰＢＳカップラ１８１は、上記出射側光学系１６Ｂを介して入射される上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からのＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離する。この第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光は第１の偏光変換器１８２に入射され、また、Ｓ偏光成分の光は第２の偏光変換器１８３に入射される。
【０１６０】
第１の偏光変換器１８２は、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光の偏光方向を９０°回転させてＳ偏光成分の光に変換する。この第１の偏光変換器１８２により変換されたＳ偏光成分の光は、上記光増幅器１２に入射される。
【０１６１】
そして、この波長走査型レーザ光源２２０では、第１の偏光変換器１８２を介して入射されるＳ偏光成分の光が発振波長に利得を有する上記光増幅器１２により増幅され、光アイソレータ１７及び光学カップラ１４を介して第２のＰＢＳカップラ１８４に入射される。
【０１６２】
また、第２の偏光変換器１８３は、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光の偏光方向を９０°回転させてＰ偏光成分の光に変換する。この第２の偏光変換器１８３により変換されたＰ偏光成分の光は、上記第２のＰＢＳカップラ１８４に入射される。
【０１６３】
ここで、上記第１及び第２の偏光変換器１８２，１８３は、ファラデー素子、波長板などが使えるほか、ＰＭファイバーを光学素子につなげるところで、ＰＭの軸を適時選択することで偏光方向を９０度回転させる構造とすることもできる。
【０１６４】
第２のＰＢＳカップラ１８４は、上記光学カップラ１４を介して入射されるＳ偏光成分の光と上記第２の偏光変換器１８３を介して入射されるＰ偏光成分の光を合成する。
【０１６５】
そして、この第２のＰＢＳカップラ１８４による合成光は、入射側光学系１８Ａを介して入射光として上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０１６６】
なお、上記第１及び第２のＰＢＳカップラ１８１，１８４の代わりにサーキュレータを用いるようにしても良い。
【０１６７】
この波長走査型レーザ光源２２０において、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、入射光すなわち上記合成光を構成しているＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に対して、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する。
【０１６８】
この波長走査型レーザ光源２２０において、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、波長選択フィルタとして機能し、Ｐ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１６９】
そして、この波長走査型レーザ光源２２０では、光ファイバーループ内に設けられた上記近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１によるバンドパスフィルタを通過した光、すなわち、上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０の出射光が上記第１のＰＢＳカップラ１８１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光が第１の偏光変換器１８２によりＳ偏光成分の光に変換されて光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループを介して帰還されるとともに、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光が第２の偏光変換器１８３によりＰ偏光成分の光に変換されて帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２２０では、上記１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化する。
【０１７０】
この波長走査型レーザ光源２２０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１７１】
ここで、上述の如く、２台のファブリペロー共振器の場合
ＦＳＲ１＝ｃ／（４ｎｇ・Ｌ１）
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｇ・Ｌ２）
であるので近似的に
（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）／ＦＳＲ ＝ （Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ
であり、例えば１／１０００の差をつけようとすると、Ｌ１とＬ２の差は１０００分の１の差にするために、研磨で長さをＬの１／１０００以下の精度でそろえ、温度差でＦＳＲの差を維持することを行なう必要があるが、１台のファブリペロー共振器の場合
ＦＳＲ１＝ｃ／（４ｎｏｇ・Ｌ１＋４ｎｅｇ・Ｌ２）
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｅｇ・Ｌ１＋４ｎｏｇ・Ｌ２）
であるので近似的に
（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）／ＦＳＲ ＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ （ｎｏｇ−ｎｅｇ）／ｎｇ
であり、（ｎｏｇ−ｎｅｇ）／ｎｇは約０．０４であるので同じ研磨精度であったとしても、長さの差をＬの１／４０にすれば良いことになる。研磨精度が１／１０００程度なので、研磨だけでＦＳＲの差を１／１０００±１／４００００以下の精度で実現できる。この際、２台の結晶を熱的に結合しておくことは近接しているから可能であり、研磨で得られたＦＳＲの差の精度は温度制御していなくても保つことができ、導波路型で用いたようなＦＳＲの差を一定にするための温度制御が必要が無くなる。したがって、温度コントローラー２台分不要になり、コストメリットがある。
【０１７２】
また、上述の如く共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図２７に示す波長走査型レーザ光源２２０’のように、図２６に示した波長走査型レーザ光源２２０における光増幅器１２として、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の双方向光増幅器１２’を用い、上記光学カップラ１４に替えて全反射ミラー１４Ａとハーフミラー１４Ｂを設け、上述の近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を双方向で使用する構成とすることもできる。
【０１７３】
この波長走査型レーザ光源２２０’では、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ａ’を介して取り出される光が第２のＰＢＳカップラ１８４を通過して全反射ミラー１４Ａに入射され、この全反射ミラー１４Ａにより反射された光が上記第２のＰＢＳカップラ１８４を通過して上記入出射側光学系１８Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射され、また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１８Ｂ’を介して取り出される光が第１のＰＢＳカップラ１８１及び第１及び偏光変換器１８２を通過して双方向光増幅器１２’に入射され、この双方向光増幅器１２’により増幅された光がハーフミラー１４Ｂに入射され、このハーフミラー１４Ｂで反射された光が上記双方向光増幅器１２’に入射され、この双方向光増幅器１２’により増幅された光が上記第１及び偏光変換器１８２及び第１のＰＢＳカップラ１８１を介して上記入出射側光学系１６Ｂ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射されることにより発振し、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０１７４】
このような構成の波長走査型レーザ光源２２０’では、上述の近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向で使用することにより、光がファイバーループを一周する間に、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器とＦＳＲ２のファブリペロー共振器を２回ずつ通過することになり、バーニア効果としての光フィルタの分解能を向上させることができ、波長の選択がより強まり、線幅の狭い、コヒーレントレングスの長くすることができる。なお、双方向光増幅器１２はループ中のどの位置に挿入してもよく、例えば、第２の偏光変換器１８３の前段又は後段に挿入すれば、光がファイバーループを一周する間、すなわち、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器とＦＳＲ２のファブリペロー共振器を２回ずつ通過する間に２回光増幅できるので、ＳＮ的に有利になる。
【０１７５】
また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図２８に示す波長走査型レーザ光源２３０のように、近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に対して入出射側光学系１８Ａ’及び入出射側光学系３６Ｂを介して光を入出射するようにして、入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光は第１の光ファイバーループ３３１を介して上記入出射側光学系１８Ａ’に入射し、入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光は第２の光ファイバーループ３３２を介して上記入出射側光学系１８Ｂ’に入射する構成とすることもできる。
【０１７６】
この波長走査型レーザ光源２３０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光が、第１のＰＢＳカップラ３１１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、分離されたＰ偏光成分の光が第１の偏光変換器３１２により偏光方向を９０°回転されＳ偏光成分の光に変換されて光増幅器１２に入射され、この光増幅器１２により増幅されたＳ偏光成分の光が光アイソレータ１７及び光学カップラ１４を介して上記第１のＰＢＳカップラ３１１に戻されるように上記第１の光ファイバーループ３３１が構成されており、上記第１のＰＢＳカップラ３１１から上記入出射側光学系１８Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光が、第２のＰＢＳカップラ３２１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、分離されたＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光を第２の偏光変換器３２２により偏光方向を９０°回転させて、上記第２のＰＢＳカップラ３２１により合成するように第２の光ファイバーループ３３２が構成されており、上記第２のＰＢＳカップラ３２１による合成光が上記入出射側光学系１８Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０１７７】
すなわち、この波長走査型レーザ光源２３０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０の入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光が、上記第１の光ファイバーループ３３１において光増幅器１２により増幅されて上記入出射側光学系１８Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射され、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光が上記第２の光ファイバーループ３３２において偏光方向が９０°回転されて上記入出射側光学系１８Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射されるように光ファイバーループが構成されている。
【０１７８】
この波長走査型レーザ光源２３０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向の電気光学変調器として用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１７９】
なお、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光の偏光方向を９０°回転させて上記入出射側光学系１８Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に戻す上記第１の光ファイバーループに替えて、図２９に示す波長走査型レーザ光源２３０’のように、ファラデーローテータ３２３と全反射ミラー３２４を用いることもできる。
【０１８０】
この波長走査型レーザ光源２３０’は、図２８に示した波長走査型レーザ光源２３０を改良したものであって、第２の光ファイバーループ３３２をファラデーローテータ３２３と全反射ミラー３２４に置き換えた以外は、上記波長走査型レーザ光源２３０と同様であるので、同一の構成要素に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１８１】
この波長走査型レーザ光源２３０’では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光がファラデーローテータ３２３により偏光方向が４５°回転されて全反射ミラー３２４に入射され、この全反射ミラー３２４で全反射された光が上記ファラデーローテータ３２３によりさらに偏光方向が４５°回転されて上記入出射側光学系１８Ｂ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０１８２】
この波長走査型レーザ光源２３０’においても、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向の電気光学変調器として用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１８３】
さらに、例えばＳＯＡ等の光増幅器はどちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるので、例えば、図３０に示す波長走査型レーザ光源２４０のように、ＳＯＡ等の双方向光増幅器４１を備えることにより、光ファイバーループを１周する間に２度光増幅を行うことができる。
【０１８４】
この図３０に示す波長走査型レーザ光源２４０は、図２９に示した波長走査型レーザ光源２３０’を改良したものであって、第１の光ファイバーループ３３１を双方向光増幅器４１とファラデーローテータ４２とハーフミラー４３に置き換えた以外は、上記波長走査型レーザ光源２３０’と同様であるので、同一の構成要素に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１８５】
この波長走査型レーザ光源２４０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光が双方向光増幅器４１により増幅され、ファラデーローテータ４２により偏光方向が４５°回転されてハーフミラー４３に入射され、このハーフミラー４３により反射された光がファラデーローテータ４２により偏光方向がさらに４５°回転されて双方向光増幅器４１に入射され、この双方向光増幅器４１により増幅された光が上記入出射側光学系１８Ａ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射されることより発振し、上記ハーフミラー４３を介してレーザ光が取り出される。
【０１８６】
また、共焦点の共振ファブリペロー電気光学変調器では、入射光の入射方向を調整することにより、Ｖ字共振を得ることができ、例えば図３１に示す共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１のように、電気光学結晶５１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡５１１，５１２の曲率を設定するとともに、入射光Ｌｉｎの入射方向を調整することで、入射光Ｌｉｎの直接反射光Ｌｒが入射方向に戻ることなく、出射光Ｌｏｕｔが入射方向に戻るようにしたＶ字共振を得ることができる。
【０１８７】
そこで、入射光の直接反射光が入射方向に戻ることなく、出射光が入射方向に戻るようにしたＶ字共振を得ることができる共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１を用いることにより、例えば図３２に示すようなリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源２５０を構成することができる。
【０１８８】
この波長走査型レーザ光源２５０は、２台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂと、一方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａに入出射側光学系２５２Ａを介して光ファイバー接続された双方向光増幅器２５３と、他方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ｂに入出射側光学系２５２Ｂを介して光ファイバー接続された光カップラ２５４と、上記２台のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂの内の一方、ここではＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部２５５とを備え、上記双方向光増幅器２５３と光カップラ２５４とが光ファイバー接続されている。
【０１８９】
上記２台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂは、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有するもので、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台の共焦点のＶ型ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器２５１Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することのできるようになっている。
【０１９０】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂは、一方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１９１】
この波長走査型レーザ光源２５０では、上記近接したＦＳＲを有する２台のＶ型ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が、上記Ｖ型ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂの間を往復する際に発振波長に利得を有する双方向光増幅器２５３で増幅されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２５０では、上記Ｖ型ファブリペロー共振器２５１Ａの共振器長を共振器長制御部２５５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ２５４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０１９２】
このような構成の波長走査型レーザ光源２５０では、光ファイバー接続された光路を長くすることで共振長を長くすることができ、これによりレーザ全体の縦モード間隔を狭くして、共振長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができ、厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０１９３】
この波長走査型レーザ光源２５０では、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂを用いているので、光アイソレータを省略することができ、光アイソレータにおける光損失によるノイズの上昇を小さくすることができる。
【０１９４】
上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１においても、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１と同様に、凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置することによって、長さの差でＦＳＲの差を細かく設定することができる。
【０１９５】
また、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、例えば、図３３に示すように、１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１でリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源２６０を構成することができる。
【０１９６】
この波長走査型レーザ光源２６０は、図３２に示した波長走査型レーザ光源２５０を改良したもので、１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１と、このＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１に入出射側光学系２５２を介して光ファイバー接続された双方向光増幅器２５３と、この双方向光増幅器２５３に光ファイバー接続されたファラデーローテータ２６４と、このファラデーローテータ２６４に光ファイバー接続されたハーフミラー２６５を備える。
【０１９７】
この波長走査型レーザ光源２６０では、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１から入出射側光学系２５２を介して出射された光が双方向光増幅器２５３により増幅され、ファラデーローテータ２６４により偏光方向が４５°回転されてとハーフミラー２６５に入射され、このハーフミラー２６５により反射された光がファラデーローテータ２６５により偏光方向がさらに４５°回転されて双方向光増幅器２５３に入射され、この双方向光増幅器２５３により増幅された光が上記入出射側光学系２５２から上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１に入射される。
【０１９８】
この波長走査型レーザ光源２５０において、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、入射光すなわち上記合成光を構成しているＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に対して、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する。
【０１９９】
上記近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１は、波長選択フィルタとして機能し、Ｐ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０２００】
この波長走査型レーザ光源２６０では、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１の出射光が、上記ハーフミラー２６５により反射されて当該共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１に戻され、発振波長に利得を有する双方向光増幅器２５３で増幅されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２６０では、上記Ｖ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を共振器長制御部５５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、上記ハーフミラーを介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０２０１】
このような構成の波長走査型レーザ光源２６０では、光ファイバー接続された光路を長くすることで共振長を長くすることができ、これによりレーザ全体の縦モード間隔を狭くして、共振長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができ、厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０２０２】
したがって、この波長走査型レーザ光源２６０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１を用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０２０３】
ここで、以上説明した発明の実施の形態では、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）、あるいは、共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１（２５１Ａ，２５１Ｂ）を用いて構成した波長走査型レーザ光源について説明したが、リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）やＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１（２５１Ａ，２５１Ｂ）では、単一横モードに光をカップルさせることができれば原理的には共焦点でなくてもよい。
【０２０４】
すなわち、上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）やＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１（２５１Ａ，２５１Ｂ）として、空間のファブリペロー電気光学変調器を用いることもできる。
【０２０５】
空間のファブリペロー電気光学変調器を用いるとロスが減り、フィネスが大きくなる利点がある。光導路ではロスは１台あたり7ｄＢ程度あり、フィネスは５０程度が最大であるが、空間型でロスは１ｄＢ程度、フィネスは４００程度が可能となる。この場合、ロスの低減によるＳＮ比の向上がはかられ、フィネスの向上は波長フィルタとしての分解能を高めるので、波長可変レーザのコヒーレントレングスを大きくすることができる。
【０２０６】
そして、上記空間のファブリペロー電気光学変調器を「リング型」あるいは「Ｖ字型」とすることで直接反射を防ぐことができ、これにより光アイソレータの数を減らすことができる。
【０２０７】
「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器は、単一横モードに光をカップルさせることができれば原理的には共焦点でなくても可能であるが、共焦点でない場合、わずかな調整の不備で単一横モードに光をカップルさせることができないと、不要な横モードが現れ、それが希望するモードの周波数と異なるので、バーニア効果を乱すことになる。共焦点の「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器では、横モードの共振周波数が縮退するので、調整の不備があったとしても不要なモードが現れることなく使用することができる。
【０２０８】
また、共焦点の「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器を用いた波長走査型レーザ光源においても、上述の図１５に示した波長走査型レーザ光源１０と同様に、波数が時間に対して線形なレーザ光を得るための校正データを共振器長制御部がＲＯＭから読み出して走査信号の波形を生成する構成とすることにより、波数が時間に対して線形なレーザ光を得ることができる。
【０２０９】
したがって、上述の如く、２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型レーザ光源を用いた光コヒーレンストモグラフィー装置１００では、高速なＯＣＴ信号取得が可能で、また、上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整して、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数（２π／波長）が時間に対して線形になるように校正することにより、得られた干渉信号を、光の波数（２π／波長）について等間隔になるように再配列し、信号処理を加える必要がないので、ＯＣＴ信号に対して校正のための信号処理を行うことなく、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０２１０】
以上、光アイソレータの数を減らすことができる実施の形態として、空間のファブリペロー電気光学変調器を「リング型」あるいは「Ｖ字型」とすることで直接反射を防ぐことができようにした空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器を用いる場合について説明したが、導波路型のファブリペロー電気光学変調器すなわち空間のファブリペロー共振器以外の例えばバルク型のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器を用いて波長走査型レーザ光源を構成するようにしてもよい。
【０２１１】
また、リング型のファブリペロー電気光学変調器では、共振器の特性が共振器内をレーザ光が回る方向に依存しないので、例えば図３４や図３５に示す波長走査型レーザ光源２７０、２８０ように、２台のリング型のファブリペロー電気光学変調器を偏波無依存とし、発振波長に利得を有する偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備える構成とすることもできる。
【０２１２】
偏波依存型の光増幅器は高価で消光比などの特性があまり良くないが、偏波無依存の光増幅器を用いることにより、この問題を解消することができる。
【０２１３】
図３４に示す波長走査型レーザ光源２７０は、上述の図２５に示した波長走査型レーザ光源２１０’を改良して偏波無依存の構成としたもので、近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する２台のリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａ、１３０Ｂ、偏光変換素子２７１、ＰＢＳカップラ２７２、ＳＭファイバー２７３、偏波無依存型双方向光増幅器２７４、ハーフミラー２７５が設けられた発振光路を備える。
【０２１４】
偏波無依存型双方向光増幅器２７４は、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の偏波無依存の双方向光増幅器であって、ＰＢＳカップラ２７２からＳＭファイバー２７３を介して入射される光を増幅して、その出射光の一部をハーフミラー２７５を介して外部に出力するとともに、上記ハーフミラー２７５により反射されて戻ってくる光を増幅して、上記ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２に入射する。
【０２１５】
ＰＢＳカップラ２７２は、入射光のＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射することにより、入射光をその偏光成分により分離させ、また、入射されるＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光を合成するものである。
【０２１６】
ここでは、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記ＳＭファイバー２７３を介して入射される入射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する。
【０２１７】
上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２に入射された入射光は、当該ＰＢＳカップラ２７２を透過したＰ偏光成分が、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射される。
【０２１８】
上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射された入射光のＰ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂから入出射光学系を介して取り出され、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射され、上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射された入射光のＰ偏光成分は、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出される。
【０２１９】
上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出された入射光のＰ偏光成分は、偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２に入射される。
【０２２０】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転されてＳ偏光成分に変換された光を反射して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２２１】
また、上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２に入射された入射光のうち、上記ＰＢＳカップラ２７２により反射されたＳ偏光成分は、偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されて入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射される。
【０２２２】
上記入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射されたＰ偏光成分、すなわち、上記偏光換素子２７１により入射光のＳ偏光成分を変換したＰ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出され、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射され、上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射された入射光のＰ偏光成分は、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出されて、上記ＰＢＳカップラ２７２に入射される。
【０２２３】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出されたＰ偏光成分の光を透過して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２２４】
この波長走査型レーザ光源２７０では、ハーフミラーにより反射された光が偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅され、ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２に入射されてＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離され、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離された光が近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する２つのリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａ，１３０Ｂを介して上記ＰＢＳカップラ２７２に戻されて合成され、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されて増幅され、この偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅された光がハーフミラー１４Ｂに入射され、このハーフミラー１４Ｂで反射された光が上記偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されることにより発振し、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０２２５】
図３５に示す波長走査型レーザ光源２８０は、上述の図３４に示した波長走査型レーザ光源２７０を改良して、１台のリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向の電気光学変調器として使用することにより、近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する２つのリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａ，１３０Ｂとして機能させるようにしたものである。
【０２２６】
この波長走査型レーザ光源２７０は、１台のリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０、偏光変換素子２７１Ａ，２７１Ｂ、ＰＢＳカップラ２７２Ａ，２７１Ｂ，２７２Ｃ、ＳＭファイバー２７３、偏波無依存型双方向光増幅器２７４、ハーフミラー２７５が設けられた発振光路を備える。
【０２２７】
偏波無依存型双方向光増幅器２７４は、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の偏波無依存の双方向光増幅器であって、ＰＢＳカップラ２７２からＳＭファイバー２７３を介して入射される光を増幅して、その出射光の一部をハーフミラー２７５を介して外部に出力するとともに、上記ハーフミラー２７５により反射されて戻ってくる光を増幅して、上記ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２Ａに入射する。
【０２２８】
上記ＰＢＳカップラ２７２Ａは、上記ＳＭファイバー２７３を介して入射される入射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する。
【０２２９】
上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射された入射光は、当該ＰＢＳカップラ２７２Ａを透過したＰ偏光成分が、ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｂを透過したＰ偏光成分が、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３０】
また、上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射された入射光のうち、当該ＰＢＳカップラ２７２Ａにより反射されたＳ偏光成分は、偏光変換素子２７１Ａにより偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されてＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃを透過するＰ偏光成分が偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３１】
上記入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射された入射光のＰ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出され、偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃで反射されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃで反射されて入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３２】
そして、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出されるＳ偏光成分の光は、偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃを透過するＰ偏光成分の光が偏光変換素子２７１Ａにより偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射される。
【０２３３】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転されてＳ偏光成分に変換された光を反射して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２３４】
また、上記入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射された入射光のＳ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出され、上記ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｂで反射されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃで反射されて、偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されて、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３５】
そして、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出されるＰ偏光成分の光は、上記ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃを透過して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射される。
【０２３６】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２Ａは、Ｐ偏光成分の光を透過して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２３７】
この波長走査型レーザ光源２７０では、ハーフミラーにより反射された光が偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅され、ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２Ａに入射されてＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離され、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離された光がリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０を介して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに戻されて合成され、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されて増幅され、この偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅された光がハーフミラー１４Ｂに入射され、このハーフミラー１４Ｂで反射された光が上記偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されることにより発振し、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０２３８】
ここで、以上説明した実施の形態では、２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する波長可変フィルタ手段とを備える波長走査型レーザ光源を用いる光コヒーレンストモグラフィー装置について説明したが、光コヒーレンストモグラフィー装置ようの光源は必ずしもレーザ光源である必要はなく、図３６に示すような構成の非レーザ波長走査型光源３００を用いるようにしても良い。
【０２３９】
この図３６に示す非レーザ波長走査型光源３００は、光コヒーレンストモグラフィー装置で必要とする波長走査範囲をカバーする広帯域の光を出射する広帯域光源３１０と、上記広帯域光源３１０から出射される広帯域光から所望の波長帯域の光を取り出す波長可変フィルタ部３２０からなる。
【０２４０】
上記非レーザ波長走査型光源３００は、光コヒーレンストモグラフィー装置で必要とする波長走査範囲をカバーする広帯域の光を出射する広帯域光源３１０と、上記広帯域光源３１０から出射される広帯域光から所望の波長帯域の光を取り出す波長可変フィルタ部３２０からなる。
【０２４１】
波長可変フィルタ部３２０は、上記広帯域光源３１０から出射される広帯域光の出射光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂと、各ファブリペロー共振器３２２Ａ，３２２Ｂの出力光を増幅する光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂと、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２３Ａ，３２３Ｂの内の一方、ここではファブリペロー共振器３２３Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部３２４とを備えてなる。
【０２４２】
この非レーザ波長走査型光源３００において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器３２１Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することのできるようになっている。
【０２４３】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂは、一方のファブリペロー共振器３２１Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０２４４】
この非レーザ波長走査型光源３００では、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光がＳＯＡやファイバアンプ等の光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂで増幅されて出力される。
【０２４５】
光共振器にＬＮ（LiNbO３）等の電気的に屈折率可変な材料で構築したファブリペロー光共振器に電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器（または、光コム発生器）と呼ばれる変調器を用いることで電気光学効果により波長可変が行える。しかも、電気的な変調であるのでリニアリティーや再現性も優れている。
【０２４６】
そこで、この非レーザ波長走査型光源３００における共振器長が可変されるファブリペロー共振器３２１Ａには、ファブリペロー電気光学変調器が用いられる。そして、ファブリペロー電気光学変調器に上記共振器長制御部３２４により鋸歯状波等の周期的な信号を与えて光変調することで、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂをバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能させ、その中心周波数を所定の範囲で高精度に且つ高速に走査することができる。したがって、上記ファブリペロー共振器３２１Ａの共振器長を共振器長制御部３２４により一定範囲で周期的に変化させることによって、取り出される光の波長を周期的に変化させ、高速に走査することができる。
【０２４７】
すなわち、この非レーザ波長走査型光源３００では、図３７の（Ａ）に示すように、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂをバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能させ、上記広帯域光源３１０から出射された広帯域光から上記バンドパスフィルタの波長選択特性に応じた狭帯域光を抽出し、上記バンドパスフィルタの中心周波数を所定の範囲で走査することにより、図３７の（Ｂ）に示すように、所定の走査範囲で波長を連続的に走査した狭帯域光を得ることができる。
【０２４８】
ここで、２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂとしてリニア型（導波路型）のファブリペロー電気光学変調器を用いる場合、ファブリペロー電気光学変調器からの反射光によりレーザ発振してしまうのを防止するために、光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂには光アイソレータを内臓しておく必要がある。
【０２４９】
また、上記２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂとして、例えば、上述の図１７に示した電気光学結晶１１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を設定することでリング型の共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を用いる場合、このように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を共焦点となるように設定したリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒは入射側に戻らないので、光アイソレータを必要としないので、各ファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂの入出力部分の光アイソレータを省略することができ、光増幅器３２３Ｂの出力側に光アイソレータを設けるだけでよい。
【０２５０】
さらに、ファブリペロー電気光学変調器がリング型の場合には、光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂから発生する自然放出光（ＡＳＥ）を広帯域光源とみなすことができ、例えば、図３８に示す波長走査型レーザ光源３５０のように、上記広帯域光源３１０の代わりに上記光増幅器３２３Ａ３２３Ｂから出射される自然放出光（ＡＳＥ）を反射して上記波長可変フィルタ部３２０に入射する反射鏡３５１を備えることにより、上記自然放出光（ＡＳＥ）を出射する上記光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂを上記広帯域光源３１０として用いることができる。
【０２５１】
この図３８に示す波長走査型レーザ光源３５０では、光増幅器３２３Ａが発生した自然放出光（ＡＳＥ）がファブリペロー共振器３２１Ｂ，光増幅器３２３Ａ，ファブリペロー共振器３２１Ａ，反射鏡３５１に向って逆方向に通過し、反射鏡３５１で反射され、ファブリペロー共振器３２１Ａ，光増幅器３２３Ａ，ファブリペロー共振器３２１Ｂを戻って出力される。この場合、光アイソレータ、広帯域光源３１０等の数を減らすことができるので、コストメリットがある。また、フィルタを２度通過することになるので光のＳＮ比を向上させることができる。
【０２５２】
ここで、光コヒーレンストモグラフィー装置に波長走査型レーザ光源１０を用いる場合、必要なコヒーレント長をδＬとし、光の速度をｃとすると、ファブリペロー電気光学変調器の最大ＦＳＲ（ＦＳＲmax）は、サンプリング定理から、
ＦＳＲmax＝ｃ／δＬ （１）式
なる（１）式にて与えられる。
【０２５３】
そして、２つのファブリペロー電気光学変調器がそれぞれ７ｄＢの損失持っているために、総合損失は１４ｄＢ以上あり、出力パワーは、飽和限界に届いておらず、各ファブリペロー電気光学変調器の光学的応答特性に敏感な状態にある。
【０２５４】
したがって、周波数走査速度（Ｓrate）、すなわち、単位時間当たりにレーザ光が走査する周波数のカットオフ（Ｓrate-cut）は、最大走査レンジ（ＦＳＲv）の関数として、
Ｓrate-cut＝ＦＳＲv／Ｆδｔ （２）式
なる（２）式にて与えられるものと推定される。ここで、δｔ（＝Ｆ／ＦＳＲ）は、ファブリペロー電気光学変調器における光子の寿命である。
【０２５５】
実験の結果として得られた周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）は、１２ＴＨｚ／μｓであった。
【０２５６】
また、コヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit）は、
δＬlimit＝ｃ／Ｓrateδｔ （３）式
なる（３）式にて与えられるものと推定された。
【０２５７】
この結果から、コヒーレント長（δＬ）と周波数走査速度（Ｓrate）はトレードオフの関係にあると予測することができ、周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）におけるコヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit-cutoff）は、
δＬlimit-cutoff＝cＦ／ＦＳＲv （４）式
なる（４）式にて与えられる。
【０２５８】
したがって、コヒーレント長（δＬ）、周波数走査速度（Ｓrate）、最大走査レンジ（ＦＳＲv）がシステムの要求で与えられたとすると、共振器の条件、すなわち、フィネス（Ｆ）及び自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の条件を次のようにして決定することができる。
【０２５９】
すなわち、フィネス（Ｆ）の取り得る範囲は、上記（３）式から一般的に求めると
ｃＦＳＲ／ＳrateδＬ＞Ｆ
となり、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の取り得る範囲は、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ
となる。
【０２６０】
ここで、実際の装置では、上記フィネス（Ｆ）の取り得る範囲が、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ＞ＳrateＦ２／ＦＳＲv／２
すなわち、周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）の１／２から２倍の範囲で良好な動作を確認することができた。
【０２６１】
なお、この波長走査型レーザ光源１０では、走査速度が遅い場合、特に周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも遅い場合に、強度雑音が発生した。この現象は、モード競合雑音（mode competition noise）と考えられ、ＳＯＡに高周波重畳（high frequency superposition）を行うことにより、モード競合雑音（mode competition noise）を減らすことができ、走査速度が遅い場合の特性を改善することができる。周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも速い場合には、上述の図９、図１０、図１１等に示した方法によりループ利得を大きくすることで改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０２６２】
【図１】本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】上記光コヒーレンストモグラフィー装置に用いられる波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図３】通常の光共振器の透過スペクトルを示す図である。
【図４】ＦＳＲが１％異なる光共振器を２台縦列接続した場合の透過スペクトルを示す図である。
【図５】図４に示した透過スペクトルの一部を拡大して示した図である。
【図６】上記２台のファブリペロー共振器にファブリペロー電気光学変調器を用いた波長走査型レーザ光源の実際の構成例を示すブロック図である。
【図７】波長１．５μｍ帯用の、光ファイバアンプ、２台のコム発生器モジュール、光カップラを使用したファイバーリングレーザーの構成を示すブロック図である。
【図８】上記ファイバーリングレーザーの測定結果を示す図である。
【図９】２台の光増幅器をそれぞれファブリペロー電気光学変調器の後段に配置してなる波長走査型レーザ光源の構成例を示すブロック図である。
【図１０】１台の光増幅器により２台のファブリペロー電気光学変調器の後段で光増幅するようにしてなる波長走査型レーザ光源の構成例を示すブロック図である。
【図１１】１台の光増幅器により２台のファブリペロー電気光学変調器の後段で光増幅するようにしてなる波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】波長走査型レーザ光源における走査信号電圧とレーザ周波数との関係を測定するための測定系の構成を示すブロック図である。
【図１３】上記走査信号電圧とレーザ周波数との関係を測定した結果を示す図である。
【図１４】上記共振器長制御部がファブリペロー共振器に与える走査信号の波形と干渉計にて得られる干渉信号の波形の観測結果を示す図である。
【図１５】波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラを介して得ることができる波長走査型レーザ光源の構成例を示すブロック図である。
【図１６】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を２台備える波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図１７】上記波長走査型レーザ光源に使用される共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図１８】凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる共焦点のファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図１９】２つのファブリペロー共振器で構成されるバンドパスフィルタの中心波長を制御するようにした共振器長制御部の構成例を示すブロック図である。
【図２０】凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる共焦点のファブリペロー電気光学変調器の変調信号の供給するための接続構造を模式的に示す図である。
【図２１】モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製例を模式的に示す図である。
【図２２】上記モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製過程を模式的に示す図である。
【図２３】モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製例を模式的に示す図である。プリズム型ミラーを入力面においた構造の入出射光学系を備えるモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器を模式的に示す図である。
【図２４】プリズムで２芯のフェルールに搭載したファイバーとリング型共振器を結合させる構造の入出射光学系を備えるモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器を模式的に示す図である。
【図２５】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を２台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図２６】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２７】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図２８】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図２９】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図３０】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図３１】波長走査型レーザ光源に使用される共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図３２】共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器を２台用いて構成したリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３３】共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器を１台用いて構成したリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３４】偏波無依存のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器と偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備える波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３５】図３４に示した波長走査型レーザ光源を改良した１台のリング型のファブリペロー電気光学変調器を備える波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３６】上記光コヒーレンストモグラフィー装置に備えられる非レーザ波長走査型光源の構成を示すブロック図である。
【図３７】上記非レーザ波長走査型光源において得られる狭帯域光の特性を模式的に示す図である。
【図３８】上記光コヒーレンストモグラフィー装置に備えられる非レーザ波長走査型光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図３９】マイケルソン干渉計を基本とする光コヒーレンストモグラフィー装置の原理を示すブロック図である。
【図４０】エルビウムドープドファイバを用いたリングレーザによる波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２６３】
１，２，３，４ 光ファイバー、１０，１０’，２１０，２１０’，２２０，２２０’，２３０，２３０’，２４０，２５０，２６０ 波長走査型レーザ光源、１１ 光ファイバーループ、１２，１２Ａ，１２Ｂ， 光増幅器、１２’，４１，２５３ 双方向光増幅器、１３Ａ，１３Ｂ ファブリペロー共振器、１３Ａ’，１３Ｂ’ ファブリペロー電気光学変調器、１４，２５４ 光カップラ、１５、２５５ 共振器長制御部、１５Ａ ＲＯＭ、１６ バンドパスフィルタ、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ 光アイソレータ、２０ 干渉光学系、２１ ファイバカップラー、３０ 走査光学系、３１，３３ レンズ、３２ 走査鏡、４０ 参照光学系、４１，４２ レンズ、４３ 固定参照鏡、５０ 信号処理部、５１ 光検知器、５２ 演算処理部、６０ 被観測体、１００ 光コヒーレンストモグラフィー装置、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ リング型共振ファブリペロー電気光学変調器、１５０ 鋸歯状波信号発生器、１５１ 反転増幅器、１５２ 光検出器、１５３ ロックインアンプ、１８０ 偏光成分を分離して合成する光学系、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，５１０ 電気光学結晶、１１１，１１２，５１１，５１２， 凹面鏡、１８１，１８４，３１１，３２１ ＰＢＳカップラ、１８２，１８３，３１２，３２２ 偏光変換素子、２５１，２５１Ａ，２５１Ｂ Ｖ型共振ファブリペロー電気光学変調器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間的に波長を走査する波長走査型光源を有する光コヒーレンストモグラフィー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年内視鏡治療などの医療技術の進歩に伴って、病理組織の診断を非深襲かつリアルタイムに行う診断方法が望まれている。従来例えばＣＣＤを用いた電子内視鏡や、ＣＴ、ＭＲＩ、超音波による画像化が診断方法として用いられている。電子内視鏡は生体の表面の観察に限定され、また後者の画像診断システムはミクロンオーダーの分解能で観察するには技術的な限界があった。
【０００３】
また、医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の１つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ（探針）として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィー」（OCT:Optical Coherence Tomography）が知られている。ＯＣＴは、光を計測プローブとして用いるため、被計測物体の屈折率分布、分光情報、偏光情報（複屈折率分布）等が計測できるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ＯＣＴ８００は、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図３９に示す。
【０００５】
光源８０１から射出された光は、コリメートレンズ８０２で平行化された後に、ビームスプリッター８０３により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ８０４によって被計測物体８０５に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ８０４、ビームスプリッター８０３に戻る。
【０００６】
一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ８０６を通過した後に参照鏡８０７によって反射され、再び対物レンズ８０６を通してビームスプリッター８０３に戻る。このようにビームスプリッター８０３に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ８０８に入射し光検出器８０９（フォトダイオード等）に集光される。
【０００７】
ＯＣＴ８００の光源８０１は、時間的に低コヒーレンスな光（異なった時刻に光源から出た光同士は極めて干渉しにくい光）の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差（τ）を変化させながら、光検出器８０９で干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号（インターフェログラム）が得られる。
【０００８】
そのインターフェログラムの形状が、被計測物体８０５の奥行き方向の反射率分布を示しており、１次元の軸方向走査により被計測物体８０５の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、ＯＣＴ８００では、光路長走査により、被計測物体８０５の奥行き方向の構造を計測できる。
【０００９】
このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、２次元の走査を行うことで被計測物体の２次元断面画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測物体を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、被計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノミラーの角度を回転させる構成等が用いられている。
【００１０】
以上の基本的なＯＣＴが発展したものとして、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型ＯＣＴと、分光器を用いてスペクトル信号を得るスペクトルドメインＯＣＴがあり、後者としてフーリエドメインＯＣＴがある。
【００１１】
波長走査型ＯＣＴは、非特許文献１に記されているように、生体に光を照射し、照射光の波長を連続的に変化させ、参照光と生体内の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉計で干渉させ、その干渉信号の周波数成分を分析することによって、断層画像を得るシステムである。この技術は物体内部からの信号の周波数分析から極めて高分解能の断層画像を構築することができるため、高度なシステムとして期待されている。波長走査型ＯＣＴは測定感度も高く、動的ノイズに強いという点で内視鏡などの実使用に好適である。ここで照射する光の波長走査の帯域が広いほど周波数分析の帯域が上がるので、深さ方向の分解能が上がる。
【００１２】
フーリエドメインＯＣＴは、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター（スペクトル分光器）で取得し、このスペクトル強度分布に対してフーリエ変換することで、実空間（ＯＣＴ信号空間）上での信号を取り出すことを特徴とするものであり、このフーリエドメインＯＣＴは、奥行き方向の走査を行う必要がなく、ｘ軸方向の走査を行うことで被計測物体の断面構造を計測可能である。
【００１３】
偏光感受型ＯＣＴは、フーリエドメインＯＣＴと同様に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルをスペクトル分光器で取得するものであるが、入射光及び参照光をそれぞれ１／２波長板、１／４波長板等を通して水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光、円偏光として、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて１／２波長板、１／４波長板等を通して、例えば水平偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換するものである。この偏光感受型ＯＣＴも、奥行き方向の走査を行う必要がない。
【００１４】
従来、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした波長走査型のファイバレーザ光源として、光ファイバーループに発振波長にゲインを有するゲイン媒体と光サーキュレータを設け、光サーキュレータで取り出された光をコリメートレンズで拡大し、その光軸上に設けたポリゴンミラーを回転させ、ポリゴンミラーで反射された光の受光位置に入射光と同一方向に光を反射するリトロー構成とした回折格子を設けた構成の波長走査型ファイバレーザ光源が提案されている。この波長走査型ファイバレーザ光源では、回折格子への入射角度によって選択波長が変化し、２回の入射により選択度が増すので、高速でポリゴンミラーを回転させて選択波長を変化させても、狭帯域のままで発振波長を変化させることができる（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
また、エルビウムドープドファイバを用いたリングレーザによる波長可変光源も提案されている。この波長可変光源２０００は、例えば図４０に示すように、エルビウムドープドファイバ（ＥＤＦ）をゲイン媒体とするファイバアンプ２０１２を用い、その光ファイバーループ２０１１内に波長可変型のバンドパスフィルタ２０１４を設けて、このバンドパスフィルタ２０１４の波長を変化させることによって、光ファイバーループ２０１１に接続した光カップラ２０１５を介して取り出されるレーザ光の波長を可変するようにしたものである。この場合には光ファイバーループ２０１１の共振器長を例えば３０ｍと長くできるため、縦モード間隔を狭くすることができる。そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタ２０１４の選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる（例えば、非特許文献２参照）。
【００１６】
さらに、レーザ素子内に波長可変機構を設けたタイプでは、利得を生み出す活性領域と、回折格子による反射を生み出すＤＢＲ領域とが、同一レーザ素子内に形成されたＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg reflector laser diode）が提案されている。このＤＢＲ−ＬＤの波長可変範囲は、最高でも１０ｎｍ程度である。また、利得を生み出す活性領域とこれを前方と後方で挟むＤＢＲ領域とが同一レーザ素子内に形成された、不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤが提案されている。前方と後方のＤＢＲ領域は、不均一回折格子によって多数の反射ピークが発生し、かつ反射ピークの間隔が前方と後方で僅かにずれている。この構造によっていわゆる「バーニア効果」が得られるので、極めて広い波長可変が可能となる。この不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤでは、１００ｎｍを越える波長可変動作が実現されている。この不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤでは、１００ｎｍを越える波長可変動作及び４０ｎｍの準連続波長可変動作が実現されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−１０１３６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２３７３５９号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８７７０号公報
【非特許文献１】Handbook of Optical Coherence Tomography，p41-43, Mercel Dekker, Inc. 2002
【非特許文献２】YAMASHITA ET AL., IEEE JOURAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.7, NO.1 JANUARY/FEBRUARY 2001, PP41〜43
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、波長走査型ＯＣＴにおける時間信号のフーリエ変換が被計測物体の深さ方向の散乱分布、すなわち光断層像となる。正確な光断層像を得るためにはもとの信号は光の波数（２π／波長）について等間隔である必要がある。
【００１９】
一般に波長走査光源や分光器は波長に対して線型に設計することが多い。また、その線型性は完全ではなく、校正は困難であった。この校正や波数への変換を行わないと、得られる光断層画像の解像力は著しく低下し、また、深さ方向の線型性も失われてしまう。従って光源の走査特性の出力を波数に校正する事が必要不可欠であった。
【００２０】
これら波長走査型光源の校正は、あらかじめ波長走査型光源の時間特性を測定し（オシロスコープや干渉フィルタ等の機材を用いたり、特許文献１の手法などにより行われ、それを基準に、得られた干渉信号を、光の波数（２π／波長）について等間隔になるように再配列し、信号処理を加えることで行われていた。信号処理の時間だけ画像出力に時間がかかる。
【００２１】
また、一般に波長走査光源は機械的な波長選択素子による波長走査であり、高速性に限界があり、せいぜい２０ｋＨｚが実現しているに過ぎない。そのため３ＤのＯＣＴ信号を得ようとした場合、数秒の時間を要していた。
【００２２】
また、波長可変光源を分析装置の光源として用いる場合には、高速で波長を変化させること、及び発振スペクトルの幅を狭くすることが必要であり、これに応じた特性がバンドパスフィルタにも要求される。例えば光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）において、高速の波長走査が利用可能になると、高速の画像処理、血流観測、酸素飽和濃度の変化等の動的な解析が可能となるので、このような装置が要求されている。
【００２３】
上記特許文献２の開示技術を採用した製品として、例えば、ｓａｎｔｅｃ株式会社より、最高２０ｋＨｚのスキャンレートで波長を繰り返し走査することのできる波長スキャニングレーザー光源ＨＳＬ−２０００が提供されている。しかし現状では、波長走査の周期として２０ｋＨｚが実用化になっているに過ぎない。
【００２４】
これでは光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）により立体画像を得るのに数秒の時間を必要としてしまう。
【００２５】
また、上記特許文献３に記載されているように、ＤＢＲ−ＬＤでは、ＤＢＲ領域にキャリア注入を行うことにより、この部分での屈折率を変化させて、波長可変動作を実現している。このため、電流注入により結晶欠陥が増殖すると、電流注入に対する屈折率変化の割合が著しく変動するので、長期に渡り安定な波長でのレーザ発振を維持することが難しい。更に、現状の化合物半導体のプロセス技術では、２インチ以上のインチアップは不可能である。そのため、複雑化してサイズの大きくなったレーザ素子では、現状以上の価格低減が難しい。だからといって１ｍｍ以下の小型な素子だと縦モード間隔が大きく、例えば１００ＧＨｚであり、高速で波長を変化させるような単に波長可変フィルタの波長を変えただけだと縦モード間隔ごとのとびとびの波長可変動作となる。このような大きなとびとびの波長可変動作は光コヒーレンストモグラフィーへの応用としては大きすぎる。さらに単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。
【００２６】
さらに、上記特許文献２の開示技術では、リング型の光共振器で複数の光共振器を波長フィルタに採用した構成であり、バーニア効果によって波長可変が可能であるが、ヒータによる波長可変であり、高速走査に適していない。また同じ基板上にある複数のリング型の光共振器の共振器長をそれぞれ調整することが難しい。またリング型の光共振器を含むレーザ全体の長さが短いので単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。
【００２７】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、光ＣＴ信号に対して校正のための信号処理を行うことなく、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することにある。
【００２８】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置は、レーザ発振光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型光源と、上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、走査されているレーザ光の波数が時間に対して線形になるよう校正されている。
【００３１】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、上記レーザ発振光路となる光ファイバーループと、上記光ファイバーループ内に設けられ、発振波長に利得を有する光増幅器と、上記光ファイバーループ内に設けられ、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器と、上記光ファイバーループに接続され、当該光ファイバーループを通過する光の一部を取り出す光学素子と、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部とを備える。
【００３２】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記共振器長制御部により共振器長が一定範囲で周期的に変化される上記ファブリペロー共振器は、例えば、電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器からなり、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により通過する光を光変調する。
【００３３】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器は、例えば、それぞれファブリペロー電気光学変調器からなり、温度制御により上記近接したＦＳＲに調整されている。
【００３４】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記共振器長制御部は、例えば、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器に互いに反転した走査信号を与えて、上記各ファブリペロー共振器の共振器長を相反的に変化させる。
【００３５】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記共振器長制御部は、例えば、走査信号に制御電圧を重畳することで上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器を通過する光の中心波長を制御する。
【００３６】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置は、例えば、上記２台のファブリペロー共振器の各後段に上記光増幅器がそれぞれ設けられる。
【００３７】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置では、例えば、上記光ファイバーループを通過する光の方向又は偏光によって上記光を分離して、１台の上記光増幅器により上記２台のファブリペロー共振器の各後段で光増幅を行う。
【００３８】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されている。
【００３９】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記レーザ発振光路は、例えば、互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなる２台のファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなる。
【００４０】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４１】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー共振器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４２】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４３】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる。
【００４４】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されている。
【００４５】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記レーザ発振光路は、例えば、空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と上記ファブリペロー電気光学変調器から出射させた光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなり、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、互いに直交する偏光成分の光それぞれに対して近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器として機能し、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により、互いに直交する偏光成分の光それぞれを変調する。
【００４６】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４７】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー共振器は、例えば、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４８】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４９】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる。
【００５０】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記波長走査型光源は、例えば、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されている。
【００５１】
また、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００５２】
さらに、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、偏波無依存のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなり、上記波長走査型光源は、発振波長に利得を有する偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備える。
【００５３】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置は、広帯域光源と上記広帯域光源から出射される光の出射光光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する波長可変フィルタ手段とを備える波長走査型光源と、上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する高速に波長走査が可能な波長走査型光源を用いることにより、高速なＯＣＴ信号取得が可能であり、共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出される光の波数（２π／波長）が時間に対して線形になるように校正されていることにより、得られた干渉信号を、光の波数（２π／波長）について等間隔になるように再配列し、信号処理を加える必要がないので、ＯＣＴ信号に対して校正のための信号処理を行うことなく、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００５６】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置１００は、その基本的な構成を図１に示すように、波長走査型レーザ光源１０と、この波長走査型レーザ光源１０に光ファイバー１を介して接続された干渉光学系２０と、この干渉光学系２０に光ファイバー２を介して接続された走査光学系３０と、上記干渉光学系２０に光ファイバー３を介して接続された参照光学系４０と、上記干渉光学系２０に光ファイバー４を介して接続された信号処理部５０からなる。
【００５７】
この光コヒーレンストモグラフィー装置１００における波長走査型レーザ光源１０は、本件出願人が例えば特願２００７−０１８１６８号として先に提案している２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力するものであって、その詳細については後述する。
【００５８】
上記干渉光学系２０は、上記波長走査型レーザ光源１０から出力されたレーザ光を参照光と被観測体６０に照射する観測光とに分岐し、被観測体６０に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生するものであって、例えば、上記波長走査型レーザ光源１０から出力されたレーザ光が光ファイバー１を介して入射されるファイバカップラー２１からなる。
【００５９】
この干渉光学系２０では、上記ファイバカップラー２１において、上記波長走査型レーザ光源１０から光ファイバー１を介して入射されたレーザ光を、光ファイバー２を介して走査光学系３０に送る観測光と、光ファイバー３を介して参照光学系４０に送る参照光とに分割し、光ファイバー２を介して観測光を走査光学系３０に送るとともに、光ファイバー３を介して参照光を参照光学系４０に送り、上記走査光学系３０から光ファイバー２を介して戻ってくる被観測体６０に照射した観測光の反射光と、上記参照光学系３０から光ファイバー３を介して戻ってくる参照光との干渉光を当該ファイバカップラー２１において発生し、発生した干渉光を光ファイバー４を介して信号処理部５０に送る。
【００６０】
上記走査光学系３０は、上記干渉光学系２０において分岐された観測光を空間的に走査して被観測体６０に照射し、上記被観測体６０による反射光を上記干渉光学系２０に戻すもので、レンズ３１、角度が可変可能な走査鏡３２及びレンズ３３からなる。
【００６１】
上記干渉光学系２０においてファイバカップラー２１により分岐され光ファイバー２を介して上記走査光学系３０に送られてきた観測光は、レンズ３１、角度が可変可能な走査鏡３２及びレンズ３３を介して被観測体６０に照射され、上記被観測体６０で反射された反射光が逆ルートで上記ファイバカップラー２１に戻される。
【００６２】
上記参照光学系４０は、上記干渉光学系２０において分岐された参照光を固定参照鏡４３により反射して上記干渉光学系２０に戻すもので、レンズ４１、レンズ４２及び固定参照鏡４３からなる。
【００６３】
上記干渉光学系２０においてファイバカップラー２１により分岐され光ファイバー３を介して上記参照光学系４０に送られてきた参照光は、レンズ４１及びレンズ４２を介して固定参照鏡４３に照射され、この固定参照鏡４３で反射されて逆ルートで上記ファイバカップラー２１に戻される。
【００６４】
そして、上記干渉光学系２０のファイバカップラー２１において上記被観測体６０に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生し、発生した干渉光が光ファイバー４を介して信号処理部５０に伝送される。
【００６５】
上記信号処理部５０は、上記干渉光学系２０により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体６０の光断層画像情報を算出するものであって、光検知器５１、演算処理部５２及び表示部５３からなる。
【００６６】
この信号処理部５０では、上記干渉光学系２０のファイバカップラー２１から光ファイバー４を介して送られてくる干渉光を光検知器５１による受光して電気信号に変換し、スペクトル干渉信号として検出する。そして、演算処理部５２は、この光検知器５１により検出されたスペクトル干渉信号を取り込み、スペクトル干渉信号を等周波数間隔でフーリエ変換することにより、上記被観測体６０の奥行き方向と走査鏡３２の走査方向の光断面画像情報を算出して、表示部５３に光断層画像を表示する。
【００６７】
ここで、この光コヒーレンストモグラフィー装置１００において、上記波長走査型レーザ光源１０は、時間的に波長を変化させて走査する光源、すなわち、波長が時間依存性を有する光源であり、参照鏡４３を走査することなく、被観測体６０の奥行き方向の反射率分布を得て奥行き方向の構造を取得することができ、１次方向の走査をするだけで、二次元の断層画像を形成することができる。
【００６８】
この光コヒーレンストモグラフィー装置１００において、時間的に波長を変化させて走査する波長走査型レーザ光源１０は、レーザ発振光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力するものであって、その基本的な構成を図２に示すように、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１１と、上記光ファイバーループ１１内に設けられ、発振する波長に利得を有する光増幅器１２と、上記光ファイバーループ１１内に設けられ、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂと、上記光ファイバーループ１１に接続され、当該光ファイバーループ１１を通過する光の一部を取り出す光学素子例えば光学カップラ１４と、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の一方、ここではファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５とを備えてなる。
【００６９】
この波長走査型レーザ光源１０において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１３Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することのできるようになっている。
【００７０】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂは、一方のファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【００７１】
この波長走査型レーザ光源１０では、光ファイバーループ１１内に設けられた上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループ１１を介して帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源１０では、上記ファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【００７２】
なお、上記光ファイバーループ１１からレーザ光を取り出す光学カップラ１４は、光増幅器１２の後に設けられているが、光増幅器１２の前、あるいは、２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの間に設けられていてもよい。
【００７３】
このような構成の波長走査型レーザ光源１０では、光ファイバーループ１１の共振器長を長くすることができ、光ファイバーループ１１の共振器長を例えば１０００ｍとすることにより、レーザ全体の縦モード間隔を例えば２００ｋＨｚ程度に狭くすることができる。これにより、上記レーザ全体の縦モード間隔は各ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの一つ一つのモードの帯域幅（ＦＳＲ／フィネス、例えば２．５ＧＨｚ／５０＝５０ＭＨｚ）よりも十分狭くできるので、そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【００７４】
ここで、通常の光共振器の透過スペクトルを図３の（Ａ），（Ｂ）に示す。横軸は光の周波数であり、ＦＳＲ＝１として規格化して、１００×ＦＳＲの範囲を示している。ＦＳＲ毎の１００本のモードが見て取れる。なお、図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）の拡大図である。
【００７５】
図４の（Ａ）〜（Ｇ）は、ＦＳＲが１％異なる光共振器を２台縦列接続した場合の透過スペクトルを示している。それぞれの横軸は図３の（Ａ）と同じであるが、２台の光共振器のそれぞれのモード間隔が異なるためにバーニア効果を起こして、ＦＳＲが小さなモードで構成させるスペクトルの包絡線はＦＳＲが大きな光共振器と同等になる。１％のＦＳＲの違いはモアレ縞の包絡線のＦＳＲを１００倍にする。また、共振器長を波長程度変えると、ピークがモアレ縞の包絡線のＦＳＲだけ変化することがわかる。なお、図４の一部の拡大図を図５に示す。
【００７６】
したがって、ＦＳＲの小さい光共振器を用いたとしても２台の光共振器のスペクトルのバーニア効果を利用すれば、モアレ縞の包絡線のＦＳＲは、２台の光共振器のＦＳＲの違いに反比例して、大きくなる。
【００７７】
すなわち、ＦＳＲの小さい光共振器を用いたとしても２台の光共振器のスペクトルのバーニア効果を利用することにより、波長可変レーザ光源を構成することができる。
【００７８】
この場合、２台の光共振器のＦＳＲに相当する間隔でレーザの波長はＦＳＲ（例えば２．５ＧＨｚ）ごとのとびとびになるが、光ＣＴ等の応用の場合、深さ方向の測定範囲がｃ／ＦＳＲ（約１０ｃｍ）よりも十分狭い範囲であれば擬似的に連続して波長可変と見なすことができる。
【００７９】
また、光共振器にＬＮ（LiNbO３）等の電気的に屈折率可変な材料で構築したファブリペロー共振器に電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器（または 光コム発生器）と呼ばれる変調器を用いることで電気光学効果により波長可変が行える。電気的な変調であるのでリニアリティーや再現性も優れている。
【００８０】
そこで、上記波長走査型レーザ光源１０における共振器長が可変されるファブリペロー共振器１３Ａには、ファブリペロー電気光学変調器が用いられる。そして、ファブリペロー電気光学変調器に上記共振器長制御部１５により鋸歯状波等の周期的な信号を与えて光変調することで、上記波長走査型レーザ光源１０の発振波長を高精度に且つ高速に走査することができる。
【００８１】
また、ファブリペロー電気光学変調器は、研磨によって長さ調整が行なえ、それぞれ温度制御を行なうことで正確に共振器長を制御できるので、共振器長の絶対値を温度制御を行うことで希望する範囲に１ｐｐｍで制御が可能である。したがって、例えばＦＳＲ＝２．５ＧＨｚのファブリペロー電気光学変調器と、１／４０００だけＦＳＲの異なるファブリペロー電気光学変調器を２台揃えることは容易である。これによりバーニア効果によって４０００倍の１０ＴＨｚのＦＳＲの波長選択素子が容易に実現できる。
【００８２】
そこで、上記波長走査型レーザ光源１０における近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂには、研磨によって長さが揃えられたファブリペロー電気光学変調器が用いられ、各共振器長の絶対値が温度制御により調整される。
なお、例えば正確に必要量だけ長さを変えて光共振器を製作できれば、２台の光共振器を熱的に同じ温度になるように熱的に接触させられることで、ＦＳＲの差は一定になるので、温度制御を行なわなくてもよい。例えば導波路プロセスの調整でＦＳＲに差をつけることができ、ＬＮのＴｉ拡散による導波路の場合であれば、例えば１/４０００だけ屈折率が変わるように、Ｔｉのドープ量を調整することによって、１／４０００だけＦＳＲの異なる導波路ファブリペロー電気光学変調器を作製することができる。
【００８３】
上記２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂにファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’を用いた波長走査型レーザ光源１０の実際の構成例を図６に示す。
【００８４】
現在市販されているファブリペロー電気光学変調器は反射があるので、図６に示す波長走査型レーザ光源１０では、光アイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを挿入している。また、遅延線１８を挿入している。例えば遅延線は１ｋｍのファイバーである。これにより光ファイバーループ１１を光が一周する時間は５μｓとなるので、２００ｋＨｚの周期でのモード間隔になる。この波長走査型レーザ光源１０全体の系は偏波保存で構築され、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１１を通過する光の偏光の状態を決定するために偏光子１９が光増幅器１２と光アイソレータ１７Ｃと間に挿入されている。なお、遅延にはファラデーミラーとＳＭファイバーとＰＢＳカップラを用いても可能である。走査周波数はこの２００ｋＨｚの整数倍で可能になる。
【００８５】
なお、偏光子１９は、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１１を通過する光の偏光の状態を決定するためのものであって、基本的にループ内のどの位置に挿入してもよい。
【００８６】
ここで、上記波長走査型レーザ光源１０における光増幅器１２、ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂ、光カップラ１４として、波長１．５μｍ帯用の、光ファイバアンプＥＦＤＡ、２台のコム発生器モジュールＯＦＣＧ１，ＯＦＣＧ２、光カップラＰＣを使用して、図７に示すファイバーリングレーザーを構成し、コム発生器モジュールＯＦＣＧ１へのバイアス電圧による波長可変特性を測定したところ、高速波長走査可能な走査型レーザ光源として機能しており、図８に示すような結果が得られた。
【００８７】
温度差が大きいとＦＳＲの差が大きいため、電圧に対する波長変化は緩やかで波長可変帯域は狭くなる。温度差が小さくなると波長の変化はバイアス電圧に敏感になり、波長可変帯域も拡大する。波長可変帯域は、温度差１５℃の場合３３ｎｍ程度、温度差２５度の場合約１５ｎｍであった。
【００８８】
なお、光増幅器１２には、IPG Photonics社製の光ファイバアンプ（PM EDFA）をＰｏｕｔ＝＋２２．６ｄＢｍで使用した。また、ファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂとして、室温でＦＳＲが２．５ＧＨｚの導波路型ファブリペロー電気光学変調器（株式会社光コム製の導波路型FP-EO変調器 WR-250-03）を２台使用し、温度制御により第１の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’と第２の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ｂ’の温度をずらしてＦＳＲをずらし、波長可変フィルタを構成した。各導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’はＦＳＲが１℃当たり約０．０８ＭＨｚ変化するものを使用し、ペルチェ素子などを用いた温度制御により、第１の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’の温度は２０℃（固定）とし、第２の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ｂ’の温度は３３℃〜４５℃（可変）とした。
【００８９】
光カップラ１４には、１０：９０すなわち１０％が出力のものを使用した。
【００９０】
光アイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の入出力に各１箇所使用した。
【００９１】
ここで、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’はロスがおよそ７ｄＢあり、２台の導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’を併せて１４ｄＢのロスとなり、このロスはレーザ光の自然放出光（ＡＳＥ）を増加させるので、図９のように２台の光増幅器１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の後段に配置し、それぞれの導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の後段で光増幅を行うことにより、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’におけるロスによる自然放出光（ＡＳＥ）の増加を少なくすることができる。
【００９２】
また、例えば図１０や図１１に示すように、光ファイバーループ１１を通過する光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子１９Ａ，１９ＢとＰＢＳカップラ２０Ａ，２０Ｂにより偏光成分を分離することで光の経路を決定し、１台の光増幅器１２を２台の光増幅器１２Ａ，１２Ｂとして用い、それぞれ導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’の後段で光増幅するようにしても、導波路型ファブリペロー電気光学変調器１３Ａ’，１３Ｂ’におけるロスによる自然放出光（ＡＳＥ）の増加を少なくすることができる。
【００９３】
例えばＳＯＡ等の光増幅器はどちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるので、これを用いると光が一周する間に２度光増幅を行うことができ、図１０に示す波長走査型レーザ光源１０では、方向と偏光で光を分離し、ＳＯＡを用いた１台の光増幅器１２で光増幅を行うようにしている。なお、ＰＢＳカップラ２０Ａ，２０Ｂの代わりにサーキュレータを用いるようにしても良い。また、図１１に示す波長走査型レーザ光源１０では、光増幅器１２を通過する方向は同じであるが、偏光で分離するようにしている。
【００９４】
ここで、図１２に示すような測定系２００を構築して、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０から出力されるレーザ光の波長を干渉計２１０にて測定して、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の一方のファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を変化させる共振器長制御部１５により与える走査信号電圧とレーザ周波数との関係を求めた結果を図１３の（Ａ）に示し、また、その測定値の直線近似値からのずれ量をプロットした結果を図１３の（Ｂ）に示す。図１３の（Ａ）、（Ｂ）の各横軸は走査信号電圧であり、図１３の（Ａ）の縦軸は測定結果として得られた波長に対応するレーザ周波数であり、図１３の（Ｂ）の縦軸はそのレーザ周波数測定値の直線近似値からのずれ量である。
【００９５】
また、上記共振器長制御部１５がファブリペロー共振器１３Ａに与える走査信号の波形と干渉計２１０にて得られる干渉信号の波形を観測したところ、図１４の（Ａ）、（Ｂ），（Ｃ）ように、走査信号の波形（三角波、正弦波、鋸歯状波）に追従した干渉信号の波形が得られた。
【００９６】
ここで、上記図１２に示した測定系２００では、波長走査型ファイバレーザ光源１０の光増幅器１２にはＳＯＡ（半導体光アンプ）を用い、また、遅延線１８として１ｋｍのＳＭファイバーとファラデーミラーとＰＢＳカップラを用いた遅延線を挿入した。さらに、同期したファンクションジェネレーター２チャンネルを共振器長制御部１５として用いて、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して任意の波形で変調ができるようにした。
【００９７】
この測定系２００では、光増幅器１２にＳＯＡを用いたことで波長可変範囲が大きくなっている。すなわち、図１３の（Ａ）は一方のファブリペロー共振器１３Ａのバイアスに電圧を加えてレーザの周波数（波長）変化を測定した結果を示しているが、データをみると波長可変が１０ＴＨｚに達したことがわかる。１０ＴＨｚはおよそ８０ｎｍであり、これは図７の系で得た図８の実験データ３３ｎｍよりも大きい。ここでは、温度の条件として２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの温度差が８度に設定されている。
【００９８】
また、この測定系２００では、波長走査型レーザ光源１０に遅延線１８を入れることにより１００ｋＨｚの整数倍で変調が可能になっている。１ｋｍのＳＭファイバーとファラデーミラーとＰＢＳカップラを用いた遅延線の場合、光がファイバーを往復するので、２ｋｍの遅延線と等価になる。図１４のデータは走査周波数２００ｋＨｚでのデータであり、温度の条件も同じ８度とした。走査範囲は１０ＴＨzである。
【００９９】
さらにこのとき、同期した２チャンネルのファンクションジェネレーターを共振器長制御部１５として用いて、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して反転した走査信号を加えることにより、波長の変化の方向にかかわらず図１４のように良好な変調が得られた。一方のファブリペロー共振器１３Ａだけに１００ｋＨｚを超える走査信号を加えた場合、波長の変化の方向によって光強度が異なったり、レーザ発振しなくなるなど不具合が生じたりしましたが、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して反転した走査信号を加えることで、それらの不具合の程度は格段に減少した。これにより走査周波数は少なくとも１ＭＨｚまでは確認できた。
【０１００】
なお、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して反転した走査信号を加える場合、特に高速走査周波数（１ＭＨｚぐらい）では、２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの間の距離を無視できないので、それぞれのファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂに対して加える反転した走査信号の間の位相差を調整する必要がある。
【０１０１】
上記測定結果から明らかなように、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０におけるレーザ周波数は、共振器長制御部１５による走査信号電圧にほぼ比例する。
【０１０２】
すなわち、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０は、その光の波長が入力電圧信号に比例する。したがって、例えば入力電気信号として直線的な鋸歯状波などで変調すれば、鋸歯状の波長の変調が可能である。特に電気的なＥＯ効果によって波長を操作することができるので、機械的な変調で起こるヒステリシスなどもない。
【０１０３】
ここで、光コヒーレンストモグラフィー装置に波長走査型レーザ光源１０を用いる場合、必要なコヒーレント長をδＬとし、光の速度をｃとすると、ファブリペロー電気光学変調器の最大ＦＳＲ（ＦＳＲmax）は、サンプリング定理から、
ＦＳＲmax＝ｃ／δＬ （１）式
なる（１）式にて与えられる。
【０１０４】
そして、２つのファブリペロー電気光学変調器がそれぞれ７ｄＢの損失を持っているために、総合損失は１４ｄＢ以上あり、出力パワーは、飽和限界に届いておらず、各ファブリペロー電気光学変調器の光学的応答特性に敏感な状態にある。
【０１０５】
したがって、周波数走査速度（Ｓrate）、すなわち、単位時間当たりにレーザ光が走査する周波数のカットオフ（Ｓrate-cut）は、最大走査レンジ（ＦＳＲv）の関数として、
Ｓrate-cut＝ＦＳＲv／Ｆδｔ （２）式
なる（２）式にて与えられるものと推定される。ここで、δｔ（＝Ｆ／ＦＳＲ）は、ファブリペロー電気光学変調器における光子の寿命である。
【０１０６】
実験の結果として得られた周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）は、１２ＴＨｚ／μｓであった。
【０１０７】
また、コヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit）は、
δＬlimit＝ｃ／Ｓrateδｔ （３）式
なる（３）式にて与えられるものと推定された。
【０１０８】
この結果から、コヒーレント長（δＬ）と周波数走査速度（Ｓrate）はトレードオフの関係にあると予測することができ、周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）におけるコヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit-cutoff）は、
δＬlimit-cutoff＝cＦ／ＦＳＲv （４）式
なる（４）式にて与えられる。
【０１０９】
したがって、コヒーレント長（δＬ）、周波数走査速度（Ｓrate）、最大走査レンジ（ＦＳＲv）がシステムの要求で与えられたとすると、共振器の条件、すなわち、フィネス（Ｆ）及び自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の条件を次のようにして決定することができる。
【０１１０】
すなわち、フィネス（Ｆ）の取り得る範囲は、上記（３）式から一般的に求めると
ｃＦＳＲ／ＳrateδＬ＞Ｆ
となり、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の取り得る範囲は、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ
となる。
【０１１１】
ここで、実際の装置では、上記フィネス（Ｆ）の取り得る範囲が、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ＞ＳrateＦ２／ＦＳＲv／２
すなわち、周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）の１／２から２倍の範囲で良好な動作を確認することができた。
【０１１２】
なお、この波長走査型光源１０では、走査速度が遅い場合、特に周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも遅い場合に、強度雑音が発生した。この現象は、モード競合雑音（mode competition noise）と考えられ、ＳＯＡに高周波重畳（high frequency superposition）を行うことにより、モード競合雑音（mode competition noise）を減らすことができ、走査速度が遅い場合の特性を改善することができる。周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも速い場合には、上述の図８、図９、図１０等に示した方法によりループ利得を大きくすることで改善できる。
【０１１３】
また、このバーニア効果による波長走査型光源１０では、原理的に、レーザ波長が走査信号電圧に比例するので、レーザ周波数が走査信号電圧に完全には比例していない。したがって、直線的な走査信号では波数（レーザ周波数×２π÷光速）について時間的に等間隔な走査はできないが、走査信号の波形を調整することにより、波数について時間的に等間隔な走査を行うことができる。
【０１１４】
すなわち、バーニア効果による波長走査型レーザ光源１０は、電気的信号を調整し非線形な鋸歯状波にすることで、波数について時間的に等間隔であるような、鋸歯状の変調が可能である。
【０１１５】
すなわち、αを定数とすると、電圧Ｖに対する波長は、
λ＝α・Ｖ＋λ０
である。一方、光の波数Ｋは、
Ｋ＝２π／λ＝２π／(α・Ｖ＋λ０)
であるので、任意の時間に対する関数Ｋ（ｔ）である波数を実現するには電圧の時間に対する関数Ｖ（ｔ）を
Ｖ（ｔ）＝（２π／Ｋ（ｔ）−λ０）／α
とすればよい。
【０１１６】
そこで、上記波長走査型レーザ光源１０では、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１３Ａ，１３Ｂの内の少なくとも一方のファブリペロー共振器１３Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長を周期的に走査するにあたり、予め、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える走査信号の波形を調整し、光カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正することによって、波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラ１４を介して得ることができる。
【０１１７】
そして、例えば、図１５に示す波長走査型レーザ光源１０のように、波数が時間に対して線形なレーザ光を得るための校正データを共振器長制御部１５がＲＯＭ１５Ａから読み出して走査信号の波形を生成する構成とすることにより、波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラ１４を介して得ることができる。
【０１１８】
ここで、上記波長走査型レーザ光源１０を改良した波長走査型レーザ光源２１０を図１６に示す。
【０１１９】
この波長走査型レーザ光源２１０は、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂと、発振波長に利得を有する光増幅器１２と、この光増幅器１２に偏光子１９と光アイソレータ１７を介して光ファイバー接続された光学カップラ１４と、上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５とを備え、上記光学カップラ１４が光共振器の共振モードにマッチングするように設計されたコリメータと凸レンズからなる入射側光学系１８Ａを介して一方のファブリペロー共振器１３０Ａにファイバー接続され、一方のファブリペロー共振器１３０Ａが光共振器の共振モードにマッチングするように設計された凸レンズとコリメータからなる出射側光学系１８Ｂと光共振器の共振モードにマッチングするように設計されたコリメータと凸レンズからなる入射側光学系１８Ｃを介して他方のファブリペロー共振器１３０Ｂにファイバー接続され、さらに、他方のファブリペロー共振器１３０Ｂがコリメータの機能を有する出射側光学系１８Ｄを介して上記光増幅器１２にファイバー接続されたレーザ発振の光路となる光ファイバーループを有するファイバーリングレーザーを構成したものである。
【０１２０】
ここで、偏光子１９は、レーザ発振の光路となる光ファイバーループを通過する光の偏光の状態を決定するためのものであって、基本的にループ内のどの位置に挿入してもよい。
【０１２１】
そして、この波長走査型レーザ光源２１０では、上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂには、例えば、図１７に示すように、電気光学結晶１１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を設定することでリング型の共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０がそれぞれ用いられている。
【０１２２】
このように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を共焦点となるように設定したリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒは入射側に戻らないので、光アイソレータを必要としない。
【０１２３】
そこで、この波長走査型レーザ光源２１０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂを用いることにより、各ファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの入出力部分の光アイソレータを省略することができ、光増幅器１２の入力側のみに光アイソレータ１７が設けられている。
【０１２４】
すなわち、この波長走査型レーザ光源２１０では、上述の如く近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂとして入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を用いているので、反射の影響は低いのであるが、リング型レーザの右回りか左回りかの発振方向を決めるために上記光増幅器１２の入力側のみに光アイソレータ１７を挿入している。この光アイソレータ１７は、従来反射のあるファブリペロー電気光学変調器からの反射の影響を低減するためのものと目的が異なり、右回りか左回りかの利得の差を与えられればいいだけの性能しか要求されない。また、この光アイソレータ１７は、基本的にはループ内のどの位置に挿入してもよい。
【０１２５】
この波長走査型レーザ光源２１０において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１３０Ａは、共振器長制御部１５により共振器長を可変することで選択波長を可変することのできるようになっている。
【０１２６】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂは、一方のファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１２７】
この波長走査型レーザ光源２１０では、光ファイバーループ１１内に設けられた上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループ１１を介して帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２１０では、上記ファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０１２８】
なお、上記光ファイバーループ１１からレーザ光を取り出す光学カップラ１４は、光増幅器１２の後に設けられているが、光増幅器１２の前、あるいは、２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの間に設けられていてもよい。
【０１２９】
このような構成の波長走査型レーザ光源２１０では、光ファイバーループ１１の共振器長を長くすることができ、光ファイバーループ１１の共振器長を例えば１０００ｍとすることにより、レーザ全体の縦モード間隔を例えば２００ｋＨｚ程度に狭くすることができる。これにより、上記レーザ全体の縦モード間隔は各ファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの一つ一つのモードの帯域幅（ＦＳＲ／フィネス、例えば２．５ＧＨｚ／５０＝５０ＭＨｚ）よりも十分狭くできるので、そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０１３０】
この波長走査型レーザ光源２１０では、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を上記２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂを用いているので、各ファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの入出力部分の光アイソレータを省略することができ、光アイソレータにおける光損失によるノイズの上昇を小さくすることができる。
【０１３１】
ここで、導波路型のファブリペロー電気光学変調器は、研磨によって長さ調整が行なえ、それぞれ温度制御を行なうことで正確に共振器長を制御できるので、共振器長の絶対値を温度制御を行うことで希望する範囲に１ｐｐｍで制御が可能である。したがって、例えばＦＳＲ＝２．５ＧＨｚのファブリペロー電気光学変調器と、１／４０００だけＦＳＲの異なるファブリペロー電気光学変調器を用いて、バーニア効果によって４０００倍の１０ＴＨｚのＦＳＲの波長選択素子が容易に実現できる。しかし、凹面鏡を用いる空間型のファブリペロー電気光学変調器では、研磨によって長さ調整を高精度に行なうことは難しいので、凹面鏡の位置を数ミクロンの精度で調整して、２台の光共振器を高精度に温度調整する必要がある。
【０１３２】
また、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲ（Free spectral range）は、通常媒質の群屈折率をｎｇとすると、
ＦＳＲ＝ｃ/（４ｎｇ・Ｌ）
となる。ここで、ｃは真空中の光速、Ｌは共振器長である。
【０１３３】
そして、電気光学変調によく用いられるニオブ酸リチウム（ＬＮ：LiNbO３）では常光の群屈折率をｎｏｇと異常光の群屈折率をｎｅｇは両方とも２程度の値であるが、差が４％ある。
【０１３４】
したがって、電気光学結晶（ＬＮ）１１０により常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ１＝ｃ/（４ｎｏｇ・Ｌ）
となり、また、電気光学結晶（ＬＮ）１１０により異常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ２＝ｃ/（４ｎｅｇ・Ｌ）
となる。
【０１３５】
また、図１８に示すように、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０中に、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａと長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂを挿入して、Ｃ軸が直交するように配置することにより、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａにより常光を変調し、長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂにより異常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ１＝ｃ/（４ｎｏｇ・Ｌ１＋４ｎｅｇ・Ｌ２）
となり、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａにより異常光を変調し、長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂにより常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲは、
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｅｇ・Ｌ１＋４ｎｏｇ・Ｌ２）
となる。
【０１３６】
この場合、Ｌ１＝Ｌ２であれば、ＦＳＲ１＝ＦＳＲ２であり、電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの長さＬ１，Ｌ２の差でＦＳＲ１，ＦＳＲ２の差を細かく設定することができる。
【０１３７】
なお、ここでは、リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＦＳＲについて、原理説明のために空間部分を無視して、結晶長と共振器長さが同じものとして計算式を示した。
【０１３８】
このように１台のファブリペロー共振器に２個の結晶を挿入すると、全体の共振器長さを共有している。本来、バーニア効果で重要なのは２つのＦＳＲの差とＦＳＲとの比が重要になるので、長さの絶対値は本質的には重要ではなく、２個の結晶の長さの差が重要になる。２個の結晶の長さの差は、研磨により調整できる。外付けのミラーの位置の多少のズレは無視することができる。
【０１３９】
ここで、上記波長走査型レーザ光源２１０では、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂの内の一方のファブリペロー共振器１３０Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長を周期的に走査するようにしたが、例えば図１９に示す波長走査型レーザ光源２１０における共振器長制御部１５のように、周期的な走査信号として鋸歯状波信号発生器１５０により発生された鋸歯状波信号をファブリペロー共振器１３０Ｂには直接供給し、ファブリペロー共振器１１Ａには反転増幅器１５１を介して直接供給する構成とし、２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂ内の電気光学変調器の両方に対して、反転した走査信号を与えて、上記各ファブリペロー共振器の共振器長を相反的に変化させることで変調電圧を半分にでき、反転した走査信号を加えることで変調電圧を半分にでき、また、ファブリペロー共振器内の電気光学変調器に電圧を加えたときに生じる位相の変化は相殺されるので、波長の走査をより高精度且つ安定に行うことができる。
【０１４０】
また、波長走査型レーザ光源２１０において、中心波長はそれぞれのファブリペロー電気光学変調器の温度差に極めて敏感であるので、図１９に示す波長走査型レーザ光源２１０における共振器長制御部１５では、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光、すなわち、中心波長を透過するバンドフィルタを通過した光の一部を光学カップラ１４’からバンドパスフィルタ１６を介して光検出器１５２に導いて該光検出器１５２により検出し、そのタイミングと周期的な走査信号の位相差をロックインアンプ１５３で検出して、その位相差が一定値になるように制御信号を周期的な信号に重畳させてフィードバックすることによって、中心波長を制御するようになっている。これにより、常に一定な波長で変調が可能になる。
【０１４１】
また、図１８に示すように、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１２０中に、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａと長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂを挿入して、Ｃ軸が直交するように配置する場合、図２０に示すように、２つの電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの電極１２５Ａ，１２５Ｂを並列に接続して変調信号を与えて変調するようにすると、それぞれ電圧が結晶のＣ軸に対して反対になるようにすることで偏光方向に対し相対的に光学距離が変化する。
【０１４２】
したがって、結晶を一回透過する間に生じる光学距離の変化は、電気光学定数γ３３、γ３１、結晶長さＬ１、Ｌ２、結晶厚さｄとすると、ＦＳＲ１側の偏光に対しては（γ３１・Ｌ１−γ３３・Ｌ２）・Ｖ/ｄとなり、また、ＦＳＲ２側の偏光に対しては（γ３３・Ｌ１−γ３１・Ｌ２）・Ｖ/ｄとなり、両者の差として（γ３１−γ３３）・（Ｌ１＋Ｌ２）・Ｖ/ｄだけの、光学距離の変調が行われる。
【０１４３】
すなわち、２台のファブリペロー電気光学変調器を用いる場合であっても、電極を入れ替えられるのであれば、反転増幅器１５１は必要なくなる。
【０１４４】
結晶の選択方法はγ３３とγ３１の差の大きな結晶を選ぶことで、例えばＬＮやＬＴなどの場合、一致溶融組成結晶よりも定比組成結晶のほうが有利である。
【０１４５】
ここで、１台のファブリペロー共振器に２個の電気光学結晶を挿入した共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、例えば、次のようにして図２１に示すような構造のモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器として作製する。
【０１４６】
まず、図２２の（Ａ）に示すように、Ｃ軸が光線方向と直交し互いに直交するようにした長尺な結晶１１０１，１１０２とＣ軸が光線方向になるようにした薄目の結晶１２０１，１２０２を作製し、光線方向と直交する各端面を研磨し、電気光学結晶（ＬＮ）１１０１の長さをＬ１、電気光学結晶（ＬＮ）１１０２の長さをＬ２に調整する。
【０１４７】
次に、図２２の（Ｂ）に示すように、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０１と長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０２を各Ｃ軸が直交する状態で屈折率のマッチした接着剤、あるいはオプティカルコンタクトで接着して、さらに、その両端に薄目のＣ軸が光線方向になるようにした結晶１２０１，１２０１を接着し、全体がＬの長さの接合体１０００を作製する。なお、両端の薄目のＣ軸が光線方向になるようにした結晶１２０１，１２０２は光線に対して等方的な媒質である。
【０１４８】
そして、図２２の（Ｃ）に示すように、上記接合体１０００をダイシングしてモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１３０の基体１００１とする。
【０１４９】
次に、図２２の（Ｄ）に示すように、このようにして作製した電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂ及び両端の結晶１２０Ａ，１２０Ｂからなる基体１００１の上記両端の結晶１２０Ａ，１２０Ｂを共焦点になるような曲率Ｒで凸面研磨する。
【０１５０】
次に、図２２の（Ｅ）に示すように、上記曲率Ｒで凸面研磨した上記基体１００１の両端面に蒸着によりコーティングしてファブリペロー共振器を構成する相対向する共焦点の凹面鏡１１１，１１２を形成する。ここで、片側の結晶１２０Ａの端面には１００％未満、反対側の結晶１２０Ｂの端面には１００％でコーティングして各凹面鏡１１１，１１２を形成する。全体の長さをＬとするとき曲率Ｒは、
Ｒ＝（ｎｏ／ｎｅ−１）・（Ｌ１＋Ｌ２）／２＋Ｌ
である。
【０１５１】
そして、図２２の（Ｆ）に示すように、上記凹面鏡１１１，１１２が両端面に形成された基体１００１の各電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの各Ｃ軸と直交する側面に蒸着により電極１２５Ａ，１２５Ｂを形成することにより、図２１に示すような構造のモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１３０を作製する。
【０１５２】
なお、モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１３０の場合コリメータに比べ結晶サイズが小さくなるので、入出射光学系１８Ａ，１８Ｂとして２個のコリメータを並べるのは難しいため、例えば、図２３に示すように、プリズム型ミラー１８Ｃを入力面においた構造の入出射光学系１６Ａ，１６Ｂとしたり、あるいは、図２４に示すように、２芯のフェルールにファイバーを搭載して、プリズム１８Ｄで２芯のフェルールに搭載したファイバーとリング型共振器を結合させる構造の入出射光学系１８とする。
【０１５３】
ここで、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図２５に示す波長走査型レーザ光源２１０’のように、図１６に示した波長走査型レーザ光源２１０における光増幅器１２として、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の方向光増幅器１２’を用い、上記光学カップラ１４に替えて全反射ミラー１４Ａとハーフミラー１４Ｂを設け、上述の近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂをそれぞれ双方向の電気光学変調器として機能する上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０にて構成とすることによって、光ファイバーループを１周する間に２度光増幅を行うようにすることができる。
【０１５４】
この波長走査型レーザ光源２１０’では、一方のファブリペロー共振器１３０Ａから入出射光学系１８Ａ’を介して出射される光が全反射ミラー１４Ａで全反射されて上記入出射光学系１８Ａ’を介して当該ファブリペロー共振器１３０Ａに入射され、このファブリペロー共振器１３０Ａから入出射光学系１８Ｂ’を介して出射された光が入出射光学系１８Ｃ’を介して他方のファブリペロー共振器１３０Ｂに入射され、このファブリペロー共振器１３０Ｂから入出射光学系１８Ｄ’を介して出射された光が双方向光増幅器１２’により増幅される。そして、この双方向光増幅器１２’により増幅された光から偏光子１９を介して取り出される所定の偏光成分の光がハーフミラー１４Ｂで反射されて上記偏光子１９を介して当該双方向光増幅器１２’に入射され、上記偏光子１９を通過する所定の偏光成分の光が上記双方向光増幅器１２’により増幅されて、上記入出射光学系１７Ｂ’を介して当該ファブリペロー共振器１３０Ｂに入射され、このファブリペロー共振器１３０Ｂから入出射光学系を介して出射された光が入出射光学系を介して上記ファブリペロー共振器１３０Ａに入射され、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０１５５】
このような構成の波長走査型レーザ光源２１０’では、光がファイバーループを一周する間に、それぞれ共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器１３０ＡとＦＳＲ２のファブリペロー共振器１３０Ｂを２回ずつ通過するので、バーニア効果としての光フィルタの分解能を向上させることができ、波長の選択がより強まり、線幅の狭い、コヒーレントレングスの長くすることができる。なお、双方向光増幅器１２はループ中のどの位置に挿入してもよい。
【０１５６】
また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、図２６に示す波長走査型レーザ光源２２０のように、偏光成分を分離して合成する光学系１８０を設けることにより、１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１３０Ａ，１３０Ｂとして機能させることができる。
【０１５７】
すなわち、図２６に示す波長走査型レーザ光源２２０は、図１６に示した波長走査型レーザ光源２１０を改良したものであって、光ファイバーループ内に設けられた１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０、発振波長に利得を有する光増幅器１２、この光増幅器１２に光アイソレータ１７を介して光ファイバー接続された光学カップラ１４、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５、上記光増幅器１２及び光学カップラ１４と入射側光学系１８Ａ及び出射側光学系１８Ｂの間に設けられた偏光成分を分離して合成する光学系１８０などからなる。
【０１５８】
上記光学系１８０は、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からの出射光が出射側光学系１８Ｂを介して入射される第１のＰＢＳカップラ１８１、このＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光が入射される第１の偏光変換器１８２、上記ＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光が入射される第２の偏光変換器１８３、上記光学カップラ１４を介してＳ偏光成分の光が入射される第２のＰＢＳカップラ１８４からなる。
【０１５９】
この光学系１８０において、第１のＰＢＳカップラ１８１は、上記出射側光学系１６Ｂを介して入射される上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からのＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離する。この第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光は第１の偏光変換器１８２に入射され、また、Ｓ偏光成分の光は第２の偏光変換器１８３に入射される。
【０１６０】
第１の偏光変換器１８２は、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光の偏光方向を９０°回転させてＳ偏光成分の光に変換する。この第１の偏光変換器１８２により変換されたＳ偏光成分の光は、上記光増幅器１２に入射される。
【０１６１】
そして、この波長走査型レーザ光源２２０では、第１の偏光変換器１８２を介して入射されるＳ偏光成分の光が発振波長に利得を有する上記光増幅器１２により増幅され、光アイソレータ１７及び光学カップラ１４を介して第２のＰＢＳカップラ１８４に入射される。
【０１６２】
また、第２の偏光変換器１８３は、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光の偏光方向を９０°回転させてＰ偏光成分の光に変換する。この第２の偏光変換器１８３により変換されたＰ偏光成分の光は、上記第２のＰＢＳカップラ１８４に入射される。
【０１６３】
ここで、上記第１及び第２の偏光変換器１８２，１８３は、ファラデー素子、波長板などが使えるほか、ＰＭファイバーを光学素子につなげるところで、ＰＭの軸を適時選択することで偏光方向を９０度回転させる構造とすることもできる。
【０１６４】
第２のＰＢＳカップラ１８４は、上記光学カップラ１４を介して入射されるＳ偏光成分の光と上記第２の偏光変換器１８３を介して入射されるＰ偏光成分の光を合成する。
【０１６５】
そして、この第２のＰＢＳカップラ１８４による合成光は、入射側光学系１８Ａを介して入射光として上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０１６６】
なお、上記第１及び第２のＰＢＳカップラ１８１，１８４の代わりにサーキュレータを用いるようにしても良い。
【０１６７】
この波長走査型レーザ光源２２０において、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、入射光すなわち上記合成光を構成しているＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に対して、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する。
【０１６８】
この波長走査型レーザ光源２２０において、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、波長選択フィルタとして機能し、Ｐ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１６９】
そして、この波長走査型レーザ光源２２０では、光ファイバーループ内に設けられた上記近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１によるバンドパスフィルタを通過した光、すなわち、上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０の出射光が上記第１のＰＢＳカップラ１８１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光が第１の偏光変換器１８２によりＳ偏光成分の光に変換されて光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループを介して帰還されるとともに、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光が第２の偏光変換器１８３によりＰ偏光成分の光に変換されて帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２２０では、上記１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化する。
【０１７０】
この波長走査型レーザ光源２２０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１７１】
ここで、上述の如く、２台のファブリペロー共振器の場合
ＦＳＲ１＝ｃ／（４ｎｇ・Ｌ１）
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｇ・Ｌ２）
であるので近似的に
（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）／ＦＳＲ ＝ （Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ
であり、例えば１／１０００の差をつけようとすると、Ｌ１とＬ２の差は１０００分の１の差にするために、研磨で長さをＬの１／１０００以下の精度でそろえ、温度差でＦＳＲの差を維持することを行なう必要があるが、１台のファブリペロー共振器の場合
ＦＳＲ１＝ｃ／（４ｎｏｇ・Ｌ１＋４ｎｅｇ・Ｌ２）
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｅｇ・Ｌ１＋４ｎｏｇ・Ｌ２）
であるので近似的に
（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）／ＦＳＲ ＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ （ｎｏｇ−ｎｅｇ）／ｎｇ
であり、（ｎｏｇ−ｎｅｇ）／ｎｇは約０．０４であるので同じ研磨精度であったとしても、長さの差をＬの１／４０にすれば良いことになる。研磨精度が１／１０００程度なので、研磨だけでＦＳＲの差を１／１０００±１／４００００以下の精度で実現できる。この際、２台の結晶を熱的に結合しておくことは近接しているから可能であり、研磨で得られたＦＳＲの差の精度は温度制御していなくても保つことができ、導波路型で用いたようなＦＳＲの差を一定にするための温度制御が必要が無くなる。したがって、温度コントローラー２台分不要になり、コストメリットがある。
【０１７２】
また、上述の如く共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図２７に示す波長走査型レーザ光源２２０’のように、図２６に示した波長走査型レーザ光源２２０における光増幅器１２として、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の双方向光増幅器１２’を用い、上記光学カップラ１４に替えて全反射ミラー１４Ａとハーフミラー１４Ｂを設け、上述の近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を双方向で使用する構成とすることもできる。
【０１７３】
この波長走査型レーザ光源２２０’では、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ａ’を介して取り出される光が第２のＰＢＳカップラ１８４を通過して全反射ミラー１４Ａに入射され、この全反射ミラー１４Ａにより反射された光が上記第２のＰＢＳカップラ１８４を通過して上記入出射側光学系１８Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射され、また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１８Ｂ’を介して取り出される光が第１のＰＢＳカップラ１８１及び第１及び偏光変換器１８２を通過して双方向光増幅器１２’に入射され、この双方向光増幅器１２’により増幅された光がハーフミラー１４Ｂに入射され、このハーフミラー１４Ｂで反射された光が上記双方向光増幅器１２’に入射され、この双方向光増幅器１２’により増幅された光が上記第１及び偏光変換器１８２及び第１のＰＢＳカップラ１８１を介して上記入出射側光学系１６Ｂ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射されることにより発振し、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０１７４】
このような構成の波長走査型レーザ光源２２０’では、上述の近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向で使用することにより、光がファイバーループを一周する間に、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器とＦＳＲ２のファブリペロー共振器を２回ずつ通過することになり、バーニア効果としての光フィルタの分解能を向上させることができ、波長の選択がより強まり、線幅の狭い、コヒーレントレングスの長くすることができる。なお、双方向光増幅器１２はループ中のどの位置に挿入してもよく、例えば、第２の偏光変換器１８３の前段又は後段に挿入すれば、光がファイバーループを一周する間、すなわち、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器とＦＳＲ２のファブリペロー共振器を２回ずつ通過する間に２回光増幅できるので、ＳＮ的に有利になる。
【０１７５】
また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図２８に示す波長走査型レーザ光源２３０のように、近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に対して入出射側光学系１８Ａ’及び入出射側光学系３６Ｂを介して光を入出射するようにして、入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光は第１の光ファイバーループ３３１を介して上記入出射側光学系１８Ａ’に入射し、入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光は第２の光ファイバーループ３３２を介して上記入出射側光学系１８Ｂ’に入射する構成とすることもできる。
【０１７６】
この波長走査型レーザ光源２３０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光が、第１のＰＢＳカップラ３１１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、分離されたＰ偏光成分の光が第１の偏光変換器３１２により偏光方向を９０°回転されＳ偏光成分の光に変換されて光増幅器１２に入射され、この光増幅器１２により増幅されたＳ偏光成分の光が光アイソレータ１７及び光学カップラ１４を介して上記第１のＰＢＳカップラ３１１に戻されるように上記第１の光ファイバーループ３３１が構成されており、上記第１のＰＢＳカップラ３１１から上記入出射側光学系１８Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光が、第２のＰＢＳカップラ３２１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、分離されたＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光を第２の偏光変換器３２２により偏光方向を９０°回転させて、上記第２のＰＢＳカップラ３２１により合成するように第２の光ファイバーループ３３２が構成されており、上記第２のＰＢＳカップラ３２１による合成光が上記入出射側光学系１８Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０１７７】
すなわち、この波長走査型レーザ光源２３０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０の入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光が、上記第１の光ファイバーループ３３１において光増幅器１２により増幅されて上記入出射側光学系１８Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射され、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光が上記第２の光ファイバーループ３３２において偏光方向が９０°回転されて上記入出射側光学系１８Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射されるように光ファイバーループが構成されている。
【０１７８】
この波長走査型レーザ光源２３０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向の電気光学変調器として用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１７９】
なお、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光の偏光方向を９０°回転させて上記入出射側光学系１８Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に戻す上記第１の光ファイバーループに替えて、図２９に示す波長走査型レーザ光源２３０’のように、ファラデーローテータ３２３と全反射ミラー３２４を用いることもできる。
【０１８０】
この波長走査型レーザ光源２３０’は、図２８に示した波長走査型レーザ光源２３０を改良したものであって、第２の光ファイバーループ３３２をファラデーローテータ３２３と全反射ミラー３２４に置き換えた以外は、上記波長走査型レーザ光源２３０と同様であるので、同一の構成要素に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１８１】
この波長走査型レーザ光源２３０’では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ｂ’を介して出射された光がファラデーローテータ３２３により偏光方向が４５°回転されて全反射ミラー３２４に入射され、この全反射ミラー３２４で全反射された光が上記ファラデーローテータ３２３によりさらに偏光方向が４５°回転されて上記入出射側光学系１８Ｂ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０１８２】
この波長走査型レーザ光源２３０’においても、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向の電気光学変調器として用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１８３】
さらに、例えばＳＯＡ等の光増幅器はどちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるので、例えば、図３０に示す波長走査型レーザ光源２４０のように、ＳＯＡ等の双方向光増幅器４１を備えることにより、光ファイバーループを１周する間に２度光増幅を行うことができる。
【０１８４】
この図３０に示す波長走査型レーザ光源２４０は、図２９に示した波長走査型レーザ光源２３０’を改良したものであって、第１の光ファイバーループ３３１を双方向光増幅器４１とファラデーローテータ４２とハーフミラー４３に置き換えた以外は、上記波長走査型レーザ光源２３０’と同様であるので、同一の構成要素に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１８５】
この波長走査型レーザ光源２４０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射側光学系１８Ａ’を介して出射された光が双方向光増幅器４１により増幅され、ファラデーローテータ４２により偏光方向が４５°回転されてハーフミラー４３に入射され、このハーフミラー４３により反射された光がファラデーローテータ４２により偏光方向がさらに４５°回転されて双方向光増幅器４１に入射され、この双方向光増幅器４１により増幅された光が上記入出射側光学系１８Ａ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０に入射されることより発振し、上記ハーフミラー４３を介してレーザ光が取り出される。
【０１８６】
また、共焦点の共振ファブリペロー電気光学変調器では、入射光の入射方向を調整することにより、Ｖ字共振を得ることができ、例えば図３１に示す共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１のように、電気光学結晶５１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡５１１，５１２の曲率を設定するとともに、入射光Ｌｉｎの入射方向を調整することで、入射光Ｌｉｎの直接反射光Ｌｒが入射方向に戻ることなく、出射光Ｌｏｕｔが入射方向に戻るようにしたＶ字共振を得ることができる。
【０１８７】
そこで、入射光の直接反射光が入射方向に戻ることなく、出射光が入射方向に戻るようにしたＶ字共振を得ることができる共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１を用いることにより、例えば図３２に示すようなリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源２５０を構成することができる。
【０１８８】
この波長走査型レーザ光源２５０は、２台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂと、一方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａに入出射側光学系２５２Ａを介して光ファイバー接続された双方向光増幅器２５３と、他方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ｂに入出射側光学系２５２Ｂを介して光ファイバー接続された光カップラ２５４と、上記２台のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂの内の一方、ここではＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部２５５とを備え、上記双方向光増幅器２５３と光カップラ２５４とが光ファイバー接続されている。
【０１８９】
上記２台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂは、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有するもので、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台の共焦点のＶ型ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器２５１Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することのできるようになっている。
【０１９０】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａ，２５１Ｂは、一方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１９１】
この波長走査型レーザ光源２５０では、上記近接したＦＳＲを有する２台のＶ型ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が、上記Ｖ型ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂの間を往復する際に発振波長に利得を有する双方向光増幅器２５３で増幅されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２５０では、上記Ｖ型ファブリペロー共振器２５１Ａの共振器長を共振器長制御部２５５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ２５４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０１９２】
このような構成の波長走査型レーザ光源２５０では、光ファイバー接続された光路を長くすることで共振長を長くすることができ、これによりレーザ全体の縦モード間隔を狭くして、共振長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができ、厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０１９３】
この波長走査型レーザ光源２５０では、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器ファブリペロー共振器２５１Ａ，２５１Ｂを用いているので、光アイソレータを省略することができ、光アイソレータにおける光損失によるノイズの上昇を小さくすることができる。
【０１９４】
上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１においても、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１と同様に、凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置することによって、長さの差でＦＳＲの差を細かく設定することができる。
【０１９５】
また、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、例えば、図３３に示すように、１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１でリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源２６０を構成することができる。
【０１９６】
この波長走査型レーザ光源２６０は、図３２に示した波長走査型レーザ光源２５０を改良したもので、１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１と、このＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１に入出射側光学系２５２を介して光ファイバー接続された双方向光増幅器２５３と、この双方向光増幅器２５３に光ファイバー接続されたファラデーローテータ２６４と、このファラデーローテータ２６４に光ファイバー接続されたハーフミラー２６５を備える。
【０１９７】
この波長走査型レーザ光源２６０では、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１から入出射側光学系２５２を介して出射された光が双方向光増幅器２５３により増幅され、ファラデーローテータ２６４により偏光方向が４５°回転されてとハーフミラー２６５に入射され、このハーフミラー２６５により反射された光がファラデーローテータ２６５により偏光方向がさらに４５°回転されて双方向光増幅器２５３に入射され、この双方向光増幅器２５３により増幅された光が上記入出射側光学系２５２から上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１に入射される。
【０１９８】
この波長走査型レーザ光源２５０において、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、入射光すなわち上記合成光を構成しているＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に対して、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する。
【０１９９】
上記近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１は、波長選択フィルタとして機能し、Ｐ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０２００】
この波長走査型レーザ光源２６０では、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１の出射光が、上記ハーフミラー２６５により反射されて当該共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１に戻され、発振波長に利得を有する双方向光増幅器２５３で増幅されることによって発振する。そして、この波長走査型レーザ光源２６０では、上記Ｖ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を共振器長制御部５５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、上記ハーフミラーを介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０２０１】
このような構成の波長走査型レーザ光源２６０では、光ファイバー接続された光路を長くすることで共振長を長くすることができ、これによりレーザ全体の縦モード間隔を狭くして、共振長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができ、厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０２０２】
したがって、この波長走査型レーザ光源２６０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１を用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０２０３】
ここで、以上説明した発明の実施の形態では、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）、あるいは、共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１（２５１Ａ，２５１Ｂ）を用いて構成した波長走査型レーザ光源について説明したが、リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）やＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１（２５１Ａ，２５１Ｂ）では、単一横モードに光をカップルさせることができれば原理的には共焦点でなくてもよい。
【０２０４】
すなわち、上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）やＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器２５１（２５１Ａ，２５１Ｂ）として、空間のファブリペロー電気光学変調器を用いることもできる。
【０２０５】
空間のファブリペロー電気光学変調器を用いるとロスが減り、フィネスが大きくなる利点がある。光導路ではロスは１台あたり7ｄＢ程度あり、フィネスは５０程度が最大であるが、空間型でロスは１ｄＢ程度、フィネスは４００程度が可能となる。この場合、ロスの低減によるＳＮ比の向上がはかられ、フィネスの向上は波長フィルタとしての分解能を高めるので、波長可変レーザのコヒーレントレングスを大きくすることができる。
【０２０６】
そして、上記空間のファブリペロー電気光学変調器を「リング型」あるいは「Ｖ字型」とすることで直接反射を防ぐことができ、これにより光アイソレータの数を減らすことができる。
【０２０７】
「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器は、単一横モードに光をカップルさせることができれば原理的には共焦点でなくても可能であるが、共焦点でない場合、わずかな調整の不備で単一横モードに光をカップルさせることができないと、不要な横モードが現れ、それが希望するモードの周波数と異なるので、バーニア効果を乱すことになる。共焦点の「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器では、横モードの共振周波数が縮退するので、調整の不備があったとしても不要なモードが現れることなく使用することができる。
【０２０８】
また、共焦点の「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器を用いた波長走査型レーザ光源においても、上述の図１５に示した波長走査型レーザ光源１０と同様に、波数が時間に対して線形なレーザ光を得るための校正データを共振器長制御部がＲＯＭから読み出して走査信号の波形を生成する構成とすることにより、波数が時間に対して線形なレーザ光を得ることができる。
【０２０９】
したがって、上述の如く、２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型レーザ光源を用いた光コヒーレンストモグラフィー装置１００では、高速なＯＣＴ信号取得が可能で、また、上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整して、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数（２π／波長）が時間に対して線形になるように校正することにより、得られた干渉信号を、光の波数（２π／波長）について等間隔になるように再配列し、信号処理を加える必要がないので、ＯＣＴ信号に対して校正のための信号処理を行うことなく、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０２１０】
以上、光アイソレータの数を減らすことができる実施の形態として、空間のファブリペロー電気光学変調器を「リング型」あるいは「Ｖ字型」とすることで直接反射を防ぐことができようにした空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器を用いる場合について説明したが、導波路型のファブリペロー電気光学変調器すなわち空間のファブリペロー共振器以外の例えばバルク型のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器を用いて波長走査型レーザ光源を構成するようにしてもよい。
【０２１１】
また、リング型のファブリペロー電気光学変調器では、共振器の特性が共振器内をレーザ光が回る方向に依存しないので、例えば図３４や図３５に示す波長走査型レーザ光源２７０、２８０ように、２台のリング型のファブリペロー電気光学変調器を偏波無依存とし、発振波長に利得を有する偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備える構成とすることもできる。
【０２１２】
偏波依存型の光増幅器は高価で消光比などの特性があまり良くないが、偏波無依存の光増幅器を用いることにより、この問題を解消することができる。
【０２１３】
図３４に示す波長走査型レーザ光源２７０は、上述の図２５に示した波長走査型レーザ光源２１０’を改良して偏波無依存の構成としたもので、近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する２台のリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａ、１３０Ｂ、偏光変換素子２７１、ＰＢＳカップラ２７２、ＳＭファイバー２７３、偏波無依存型双方向光増幅器２７４、ハーフミラー２７５が設けられた発振光路を備える。
【０２１４】
偏波無依存型双方向光増幅器２７４は、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の偏波無依存の双方向光増幅器であって、ＰＢＳカップラ２７２からＳＭファイバー２７３を介して入射される光を増幅して、その出射光の一部をハーフミラー２７５を介して外部に出力するとともに、上記ハーフミラー２７５により反射されて戻ってくる光を増幅して、上記ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２に入射する。
【０２１５】
ＰＢＳカップラ２７２は、入射光のＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射することにより、入射光をその偏光成分により分離させ、また、入射されるＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光を合成するものである。
【０２１６】
ここでは、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記ＳＭファイバー２７３を介して入射される入射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する。
【０２１７】
上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２に入射された入射光は、当該ＰＢＳカップラ２７２を透過したＰ偏光成分が、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射される。
【０２１８】
上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射された入射光のＰ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂから入出射光学系を介して取り出され、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射され、上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射された入射光のＰ偏光成分は、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出される。
【０２１９】
上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出された入射光のＰ偏光成分は、偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２に入射される。
【０２２０】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転されてＳ偏光成分に変換された光を反射して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２２１】
また、上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２に入射された入射光のうち、上記ＰＢＳカップラ２７２により反射されたＳ偏光成分は、偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されて入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射される。
【０２２２】
上記入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａに入射されたＰ偏光成分、すなわち、上記偏光換素子２７１により入射光のＳ偏光成分を変換したＰ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出され、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射され、上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ｂに入射された入射光のＰ偏光成分は、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出されて、上記ＰＢＳカップラ２７２に入射される。
【０２２３】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａから入出射光学系を介して取り出されたＰ偏光成分の光を透過して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２２４】
この波長走査型レーザ光源２７０では、ハーフミラーにより反射された光が偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅され、ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２に入射されてＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離され、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離された光が近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する２つのリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａ，１３０Ｂを介して上記ＰＢＳカップラ２７２に戻されて合成され、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されて増幅され、この偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅された光がハーフミラー１４Ｂに入射され、このハーフミラー１４Ｂで反射された光が上記偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されることにより発振し、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０２２５】
図３５に示す波長走査型レーザ光源２８０は、上述の図３４に示した波長走査型レーザ光源２７０を改良して、１台のリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０を双方向の電気光学変調器として使用することにより、近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する２つのリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０Ａ，１３０Ｂとして機能させるようにしたものである。
【０２２６】
この波長走査型レーザ光源２７０は、１台のリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０、偏光変換素子２７１Ａ，２７１Ｂ、ＰＢＳカップラ２７２Ａ，２７１Ｂ，２７２Ｃ、ＳＭファイバー２７３、偏波無依存型双方向光増幅器２７４、ハーフミラー２７５が設けられた発振光路を備える。
【０２２７】
偏波無依存型双方向光増幅器２７４は、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の偏波無依存の双方向光増幅器であって、ＰＢＳカップラ２７２からＳＭファイバー２７３を介して入射される光を増幅して、その出射光の一部をハーフミラー２７５を介して外部に出力するとともに、上記ハーフミラー２７５により反射されて戻ってくる光を増幅して、上記ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２Ａに入射する。
【０２２８】
上記ＰＢＳカップラ２７２Ａは、上記ＳＭファイバー２７３を介して入射される入射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する。
【０２２９】
上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射された入射光は、当該ＰＢＳカップラ２７２Ａを透過したＰ偏光成分が、ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｂを透過したＰ偏光成分が、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３０】
また、上記ＳＭファイバー２７３を介して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射された入射光のうち、当該ＰＢＳカップラ２７２Ａにより反射されたＳ偏光成分は、偏光変換素子２７１Ａにより偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されてＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃを透過するＰ偏光成分が偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３１】
上記入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射された入射光のＰ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出され、偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃで反射されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃで反射されて入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３２】
そして、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出されるＳ偏光成分の光は、偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃを透過するＰ偏光成分の光が偏光変換素子２７１Ａにより偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光成分に変換されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射される。
【０２３３】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２は、上記偏光変換素子２７１により偏光方向が９０°回転されてＳ偏光成分に変換された光を反射して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２３４】
また、上記入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射された入射光のＳ偏光成分は、当該リング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出され、上記ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｂで反射されて上記ＰＢＳカップラ２７２Ｃに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃで反射されて、偏光変換素子２７１Ｂにより偏光方向が９０°回転され、Ｐ偏光成分に変換されて、入出射光学系を介してリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０に入射される。
【０２３５】
そして、このリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０から入出射光学系を介して取り出されるＰ偏光成分の光は、上記ＰＢＳカップラ２７２Ｂに入射され、当該ＰＢＳカップラ２７２Ｃを透過して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに入射される。
【０２３６】
そして、上記ＰＢＳカップラ２７２Ａは、Ｐ偏光成分の光を透過して、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射する。
【０２３７】
この波長走査型レーザ光源２７０では、ハーフミラーにより反射された光が偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅され、ＳＭファイバー２７３を介してＰＢＳカップラ２７２Ａに入射されてＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離され、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離された光がリング型のファブリペロー電気光学変調器１３０を介して上記ＰＢＳカップラ２７２Ａに戻されて合成され、上記ＳＭファイバー２７３を介して偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されて増幅され、この偏波無依存型双方向光増幅器２７４により増幅された光がハーフミラー１４Ｂに入射され、このハーフミラー１４Ｂで反射された光が上記偏波無依存型双方向光増幅器２７４に入射されることにより発振し、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【０２３８】
ここで、以上説明した実施の形態では、２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する波長可変フィルタ手段とを備える波長走査型レーザ光源を用いる光コヒーレンストモグラフィー装置について説明したが、光コヒーレンストモグラフィー装置ようの光源は必ずしもレーザ光源である必要はなく、図３６に示すような構成の非レーザ波長走査型光源３００を用いるようにしても良い。
【０２３９】
この図３６に示す非レーザ波長走査型光源３００は、光コヒーレンストモグラフィー装置で必要とする波長走査範囲をカバーする広帯域の光を出射する広帯域光源３１０と、上記広帯域光源３１０から出射される広帯域光から所望の波長帯域の光を取り出す波長可変フィルタ部３２０からなる。
【０２４０】
上記非レーザ波長走査型光源３００は、光コヒーレンストモグラフィー装置で必要とする波長走査範囲をカバーする広帯域の光を出射する広帯域光源３１０と、上記広帯域光源３１０から出射される広帯域光から所望の波長帯域の光を取り出す波長可変フィルタ部３２０からなる。
【０２４１】
波長可変フィルタ部３２０は、上記広帯域光源３１０から出射される広帯域光の出射光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂと、各ファブリペロー共振器３２２Ａ，３２２Ｂの出力光を増幅する光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂと、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２３Ａ，３２３Ｂの内の一方、ここではファブリペロー共振器３２３Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部３２４とを備えてなる。
【０２４２】
この非レーザ波長走査型光源３００において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器３２１Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することのできるようになっている。
【０２４３】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂは、一方のファブリペロー共振器３２１Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０２４４】
この非レーザ波長走査型光源３００では、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光がＳＯＡやファイバアンプ等の光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂで増幅されて出力される。
【０２４５】
光共振器にＬＮ（LiNbO３）等の電気的に屈折率可変な材料で構築したファブリペロー光共振器に電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器（または、光コム発生器）と呼ばれる変調器を用いることで電気光学効果により波長可変が行える。しかも、電気的な変調であるのでリニアリティーや再現性も優れている。
【０２４６】
そこで、この非レーザ波長走査型光源３００における共振器長が可変されるファブリペロー共振器３２１Ａには、ファブリペロー電気光学変調器が用いられる。そして、ファブリペロー電気光学変調器に上記共振器長制御部３２４により鋸歯状波等の周期的な信号を与えて光変調することで、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂをバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能させ、その中心周波数を所定の範囲で高精度に且つ高速に走査することができる。したがって、上記ファブリペロー共振器３２１Ａの共振器長を共振器長制御部３２４により一定範囲で周期的に変化させることによって、取り出される光の波長を周期的に変化させ、高速に走査することができる。
【０２４７】
すなわち、この非レーザ波長走査型光源３００では、図３７の（Ａ）に示すように、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂをバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能させ、上記広帯域光源３１０から出射された広帯域光から上記バンドパスフィルタの波長選択特性に応じた狭帯域光を抽出し、上記バンドパスフィルタの中心周波数を所定の範囲で走査することにより、図３７の（Ｂ）に示すように、所定の走査範囲で波長を連続的に走査した狭帯域光を得ることができる。
【０２４８】
ここで、２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂとしてリニア型（導波路型）のファブリペロー電気光学変調器を用いる場合、ファブリペロー電気光学変調器からの反射光によりレーザ発振してしまうのを防止するために、光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂには光アイソレータを内臓しておく必要がある。
【０２４９】
また、上記２台のファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂとして、例えば、上述の図１７に示した電気光学結晶１１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を設定することでリング型の共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０を用いる場合、このように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を共焦点となるように設定したリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１３０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒは入射側に戻らないので、光アイソレータを必要としないので、各ファブリペロー共振器３２１Ａ，３２１Ｂの入出力部分の光アイソレータを省略することができ、光増幅器３２３Ｂの出力側に光アイソレータを設けるだけでよい。
【０２５０】
さらに、ファブリペロー電気光学変調器がリング型の場合には、光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂから発生する自然放出光（ＡＳＥ）を広帯域光源とみなすことができ、例えば、図３８に示す波長走査型レーザ光源３５０のように、上記広帯域光源３１０の代わりに上記光増幅器３２３Ａ３２３Ｂから出射される自然放出光（ＡＳＥ）を反射して上記波長可変フィルタ部３２０に入射する反射鏡３５１を備えることにより、上記自然放出光（ＡＳＥ）を出射する上記光増幅器３２３Ａ，３２３Ｂを上記広帯域光源３１０として用いることができる。
【０２５１】
この図３８に示す波長走査型レーザ光源３５０では、光増幅器３２３Ａが発生した自然放出光（ＡＳＥ）がファブリペロー共振器３２１Ｂ，光増幅器３２３Ａ，ファブリペロー共振器３２１Ａ，反射鏡３５１に向って逆方向に通過し、反射鏡３５１で反射され、ファブリペロー共振器３２１Ａ，光増幅器３２３Ａ，ファブリペロー共振器３２１Ｂを戻って出力される。この場合、光アイソレータ、広帯域光源３１０等の数を減らすことができるので、コストメリットがある。また、フィルタを２度通過することになるので光のＳＮ比を向上させることができる。
【０２５２】
ここで、光コヒーレンストモグラフィー装置に波長走査型レーザ光源１０を用いる場合、必要なコヒーレント長をδＬとし、光の速度をｃとすると、ファブリペロー電気光学変調器の最大ＦＳＲ（ＦＳＲmax）は、サンプリング定理から、
ＦＳＲmax＝ｃ／δＬ （１）式
なる（１）式にて与えられる。
【０２５３】
そして、２つのファブリペロー電気光学変調器がそれぞれ７ｄＢの損失持っているために、総合損失は１４ｄＢ以上あり、出力パワーは、飽和限界に届いておらず、各ファブリペロー電気光学変調器の光学的応答特性に敏感な状態にある。
【０２５４】
したがって、周波数走査速度（Ｓrate）、すなわち、単位時間当たりにレーザ光が走査する周波数のカットオフ（Ｓrate-cut）は、最大走査レンジ（ＦＳＲv）の関数として、
Ｓrate-cut＝ＦＳＲv／Ｆδｔ （２）式
なる（２）式にて与えられるものと推定される。ここで、δｔ（＝Ｆ／ＦＳＲ）は、ファブリペロー電気光学変調器における光子の寿命である。
【０２５５】
実験の結果として得られた周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）は、１２ＴＨｚ／μｓであった。
【０２５６】
また、コヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit）は、
δＬlimit＝ｃ／Ｓrateδｔ （３）式
なる（３）式にて与えられるものと推定された。
【０２５７】
この結果から、コヒーレント長（δＬ）と周波数走査速度（Ｓrate）はトレードオフの関係にあると予測することができ、周波数走査速度（Ｓrate）のカットオフ（Ｓrate-cut）におけるコヒーレント長（δＬ）の限界（δＬlimit-cutoff）は、
δＬlimit-cutoff＝cＦ／ＦＳＲv （４）式
なる（４）式にて与えられる。
【０２５８】
したがって、コヒーレント長（δＬ）、周波数走査速度（Ｓrate）、最大走査レンジ（ＦＳＲv）がシステムの要求で与えられたとすると、共振器の条件、すなわち、フィネス（Ｆ）及び自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の条件を次のようにして決定することができる。
【０２５９】
すなわち、フィネス（Ｆ）の取り得る範囲は、上記（３）式から一般的に求めると
ｃＦＳＲ／ＳrateδＬ＞Ｆ
となり、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の取り得る範囲は、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ
となる。
【０２６０】
ここで、実際の装置では、上記フィネス（Ｆ）の取り得る範囲が、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ＞ＳrateＦ２／ＦＳＲv／２
すなわち、周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）の１／２から２倍の範囲で良好な動作を確認することができた。
【０２６１】
なお、この波長走査型レーザ光源１０では、走査速度が遅い場合、特に周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも遅い場合に、強度雑音が発生した。この現象は、モード競合雑音（mode competition noise）と考えられ、ＳＯＡに高周波重畳（high frequency superposition）を行うことにより、モード競合雑音（mode competition noise）を減らすことができ、走査速度が遅い場合の特性を改善することができる。周波数走査速度（Ｓrate）がカットオフ（Ｓrate-cut）／２よりも速い場合には、上述の図９、図１０、図１１等に示した方法によりループ利得を大きくすることで改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０２６２】
【図１】本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】上記光コヒーレンストモグラフィー装置に用いられる波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図３】通常の光共振器の透過スペクトルを示す図である。
【図４】ＦＳＲが１％異なる光共振器を２台縦列接続した場合の透過スペクトルを示す図である。
【図５】図４に示した透過スペクトルの一部を拡大して示した図である。
【図６】上記２台のファブリペロー共振器にファブリペロー電気光学変調器を用いた波長走査型レーザ光源の実際の構成例を示すブロック図である。
【図７】波長１．５μｍ帯用の、光ファイバアンプ、２台のコム発生器モジュール、光カップラを使用したファイバーリングレーザーの構成を示すブロック図である。
【図８】上記ファイバーリングレーザーの測定結果を示す図である。
【図９】２台の光増幅器をそれぞれファブリペロー電気光学変調器の後段に配置してなる波長走査型レーザ光源の構成例を示すブロック図である。
【図１０】１台の光増幅器により２台のファブリペロー電気光学変調器の後段で光増幅するようにしてなる波長走査型レーザ光源の構成例を示すブロック図である。
【図１１】１台の光増幅器により２台のファブリペロー電気光学変調器の後段で光増幅するようにしてなる波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】波長走査型レーザ光源における走査信号電圧とレーザ周波数との関係を測定するための測定系の構成を示すブロック図である。
【図１３】上記走査信号電圧とレーザ周波数との関係を測定した結果を示す図である。
【図１４】上記共振器長制御部がファブリペロー共振器に与える走査信号の波形と干渉計にて得られる干渉信号の波形の観測結果を示す図である。
【図１５】波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラを介して得ることができる波長走査型レーザ光源の構成例を示すブロック図である。
【図１６】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を２台備える波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図１７】上記波長走査型レーザ光源に使用される共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図１８】凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる共焦点のファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図１９】２つのファブリペロー共振器で構成されるバンドパスフィルタの中心波長を制御するようにした共振器長制御部の構成例を示すブロック図である。
【図２０】凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる共焦点のファブリペロー電気光学変調器の変調信号の供給するための接続構造を模式的に示す図である。
【図２１】モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製例を模式的に示す図である。
【図２２】上記モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製過程を模式的に示す図である。
【図２３】モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製例を模式的に示す図である。プリズム型ミラーを入力面においた構造の入出射光学系を備えるモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器を模式的に示す図である。
【図２４】プリズムで２芯のフェルールに搭載したファイバーとリング型共振器を結合させる構造の入出射光学系を備えるモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器を模式的に示す図である。
【図２５】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を２台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図２６】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２７】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図２８】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図２９】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図３０】共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図３１】波長走査型レーザ光源に使用される共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図３２】共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器を２台用いて構成したリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３３】共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器を１台用いて構成したリニヤ共振型の波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３４】偏波無依存のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器と偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備える波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３５】図３４に示した波長走査型レーザ光源を改良した１台のリング型のファブリペロー電気光学変調器を備える波長走査型レーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図３６】上記光コヒーレンストモグラフィー装置に備えられる非レーザ波長走査型光源の構成を示すブロック図である。
【図３７】上記非レーザ波長走査型光源において得られる狭帯域光の特性を模式的に示す図である。
【図３８】上記光コヒーレンストモグラフィー装置に備えられる非レーザ波長走査型光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図３９】マイケルソン干渉計を基本とする光コヒーレンストモグラフィー装置の原理を示すブロック図である。
【図４０】エルビウムドープドファイバを用いたリングレーザによる波長可変光源の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２６３】
１，２，３，４ 光ファイバー、１０，１０’，２１０，２１０’，２２０，２２０’，２３０，２３０’，２４０，２５０，２６０ 波長走査型レーザ光源、１１ 光ファイバーループ、１２，１２Ａ，１２Ｂ， 光増幅器、１２’，４１，２５３ 双方向光増幅器、１３Ａ，１３Ｂ ファブリペロー共振器、１３Ａ’，１３Ｂ’ ファブリペロー電気光学変調器、１４，２５４ 光カップラ、１５、２５５ 共振器長制御部、１５Ａ ＲＯＭ、１６ バンドパスフィルタ、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ 光アイソレータ、２０ 干渉光学系、２１ ファイバカップラー、３０ 走査光学系、３１，３３ レンズ、３２ 走査鏡、４０ 参照光学系、４１，４２ レンズ、４３ 固定参照鏡、５０ 信号処理部、５１ 光検知器、５２ 演算処理部、６０ 被観測体、１００ 光コヒーレンストモグラフィー装置、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ リング型共振ファブリペロー電気光学変調器、１５０ 鋸歯状波信号発生器、１５１ 反転増幅器、１５２ 光検出器、１５３ ロックインアンプ、１８０ 偏光成分を分離して合成する光学系、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，５１０ 電気光学結晶、１１１，１１２，５１１，５１２， 凹面鏡、１８１，１８４，３１１，３２１ ＰＢＳカップラ、１８２，１８３，３１２，３２２ 偏光変換素子、２５１，２５１Ａ，２５１Ｂ Ｖ型共振ファブリペロー電気光学変調器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型光源と、
上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、
上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２】
上記波長走査型光源は、走査されているレーザ光の波数が時間に対して線形になるよう校正されていることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項３】
上記波長走査型光源は、
上記レーザ発振光路となる光ファイバーループと、
上記光ファイバーループ内に設けられ、発振波長に利得を有する光増幅器と、
上記光ファイバーループ内に設けられ、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器と、
上記光ファイバーループに接続され、当該光ファイバーループを通過する光の一部を取り出す光学素子と、
上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項４】
上記共振器長制御部により共振器長が一定範囲で周期的に変化される上記ファブリペロー共振器は、電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器からなり、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により通過する光を光変調することを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項５】
上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器は、それぞれファブリペロー電気光学変調器からなり、温度制御により上記近接したＦＳＲに調整されていることを特徴とする請求項４記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項６】
上記共振器長制御部は、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器に互いに反転した走査信号を与えて、上記各ファブリペロー共振器の共振器長を相反的に変化させることを特徴とする請求項５記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項７】
上記共振器長制御部は、走査信号に制御電圧を重畳することで上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器を通過する光の中心波長を制御することを特徴とする請求項６記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項８】
上記２台のファブリペロー共振器の各後段に上記光増幅器をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項９】
上記光ファイバーループを通過する光の方向又は偏光によって上記光を分離して、１台の上記光増幅器により上記２台のファブリペロー共振器の各後段で光増幅を行うことを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１０】
上記波長走査型光源は、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されていることを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１１】
上記レーザ発振光路は、互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなる２台のファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１２】
上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１３】
上記２台のファブリペロー共振器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１４】
上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１５】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１６】
上記波長走査型光源は、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部を備え、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されていることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１７】
上記レーザ発振光路は、空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と上記ファブリペロー電気光学変調器から出射させた光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなり、
上記ファブリペロー電気光学変調器は、互いに直交する偏光成分の光それぞれに対して近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器として機能し、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により、互いに直交する偏光成分の光それぞれを変調することを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１８】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１９】
上記ファブリペロー共振器は、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２０】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１８又は請求項１９記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２１】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２２】
上記波長走査型光源は、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されていることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２３】
上記２台のファブリペロー共振器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２４】
上記２台のファブリペロー共振器は、それぞれ、偏波無依存のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなり、
上記波長走査型光源は、発振波長に利得を有する偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備えることを特徴とする請求項２３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２５】
上記ファブリペロー共振器は、必要とされるコヒーレント長をδＬ、周波数走査速度をＳrateとして、
ｃＦＳＲ／ＳrateδＬ＞Ｆ
にて示される範囲フィネス（Ｆ）を有し、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ
にて示されるＦＳＲを有することを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２６】
広帯域光源と上記広帯域光源から出射される光の出射光光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する波長可変フィルタ手段とを備える波長走査型光源と、
上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、
上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２７】
上記波長走査型光源の上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項２６記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２８】
上記波長走査型光源は、上記波長可変フィルタ部の上記出射光光路中に設けられた光増幅器と、上記光増幅器から出射される自然放出光（ＡＳＥ）を反射して上記波長可変フィルタ部に入射する反射鏡を備え、上記自然放出光（ＡＳＥ）を出射する上記光増幅器を上記広帯域光源として用いたことを特徴とする請求項２７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１】
レーザ発振光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査したレーザ光を出力する波長走査型光源と、
上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、
上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２】
上記波長走査型光源は、走査されているレーザ光の波数が時間に対して線形になるよう校正されていることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項３】
上記波長走査型光源は、
上記レーザ発振光路となる光ファイバーループと、
上記光ファイバーループ内に設けられ、発振波長に利得を有する光増幅器と、
上記光ファイバーループ内に設けられ、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器と、
上記光ファイバーループに接続され、当該光ファイバーループを通過する光の一部を取り出す光学素子と、
上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項４】
上記共振器長制御部により共振器長が一定範囲で周期的に変化される上記ファブリペロー共振器は、電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器からなり、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により通過する光を光変調することを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項５】
上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器は、それぞれファブリペロー電気光学変調器からなり、温度制御により上記近接したＦＳＲに調整されていることを特徴とする請求項４記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項６】
上記共振器長制御部は、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器に互いに反転した走査信号を与えて、上記各ファブリペロー共振器の共振器長を相反的に変化させることを特徴とする請求項５記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項７】
上記共振器長制御部は、走査信号に制御電圧を重畳することで上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器を通過する光の中心波長を制御することを特徴とする請求項６記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項８】
上記２台のファブリペロー共振器の各後段に上記光増幅器をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項９】
上記光ファイバーループを通過する光の方向又は偏光によって上記光を分離して、１台の上記光増幅器により上記２台のファブリペロー共振器の各後段で光増幅を行うことを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１０】
上記波長走査型光源は、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されていることを特徴とする請求項３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１１】
上記レーザ発振光路は、互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなる２台のファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１２】
上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１３】
上記２台のファブリペロー共振器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１４】
上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１５】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１６】
上記波長走査型光源は、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部を備え、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されていることを特徴とする請求項１１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１７】
上記レーザ発振光路は、空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と上記ファブリペロー電気光学変調器から出射させた光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバー接続してなり、
上記ファブリペロー電気光学変調器は、互いに直交する偏光成分の光それぞれに対して近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器として機能し、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により、互いに直交する偏光成分の光それぞれを変調することを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１８】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項１９】
上記ファブリペロー共振器は、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２０】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１８又は請求項１９記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２１】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２２】
上記波長走査型光源は、上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されていることを特徴とする請求項１７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２３】
上記２台のファブリペロー共振器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２４】
上記２台のファブリペロー共振器は、それぞれ、偏波無依存のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなり、
上記波長走査型光源は、発振波長に利得を有する偏波無依存型光増幅器をレーザ発振光路中に備えることを特徴とする請求項２３記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２５】
上記ファブリペロー共振器は、必要とされるコヒーレント長をδＬ、周波数走査速度をＳrateとして、
ｃＦＳＲ／ＳrateδＬ＞Ｆ
にて示される範囲フィネス（Ｆ）を有し、
ｃ／δＬ＞ＦＳＲ
にて示されるＦＳＲを有することを特徴とする請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２６】
広帯域光源と上記広帯域光源から出射される光の出射光光路中に設けられた互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させることにより、上記２台のファブリペロー共振器をバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長可変フィルタとして機能させて、時間的に波長を走査した光を出力する波長可変フィルタ手段とを備える波長走査型光源と、
上記波長走査型光源から出力されたレーザ光を参照光と被観測体に照射する観測光とに分岐し、上記被観測体に照射した観測光の反射光と上記参照光との干渉光を発生する干渉光学系と、
上記干渉光学系により得られる干渉光を受光して電気信号に変換し、上記被観測体の光断層画像情報を算出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２７】
上記波長走査型光源の上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項２６記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２８】
上記波長走査型光源は、上記波長可変フィルタ部の上記出射光光路中に設けられた光増幅器と、上記光増幅器から出射される自然放出光（ＡＳＥ）を反射して上記波長可変フィルタ部に入射する反射鏡を備え、上記自然放出光（ＡＳＥ）を出射する上記光増幅器を上記広帯域光源として用いたことを特徴とする請求項２７記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
【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２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【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２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【公開番号】特開２００９−３１２３８（Ｐ２００９−３１２３８Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２７８２６（Ｐ２００７−２２７８２６）
【出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（５０３２４９８１０）株式会社 光コム (28)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（５０３２４９８１０）株式会社 光コム (28)
【Ｆターム（参考）】
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