波長可変光源装置
【課題】 ジッタ特性に優れた能動モード同期動作をし得、波長確定精度の高い波長可変光源を提供する。
【解決手段】 光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置と、を具備した波長可変光源装置であって、前記変調光により前記発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御するとともに、前記変調光のパルス幅が、該変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つ波長可変光源装置。
【解決手段】 光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置と、を具備した波長可変光源装置であって、前記変調光により前記発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御するとともに、前記変調光のパルス幅が、該変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つ波長可変光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は相互利得変調による能動モード同期を用いた波長可変光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長掃引速度が数百ＫＨｚから数ＭＨｚといったオーダーで高速に、かつ波長掃引幅が数百ｎｍといった広帯域に波長可変できる光源が研究、開発されてきている。
【０００３】
そのなかのひとつに、能動モード同期をもとにし、共振器中における屈折率の波長分散（以下、単に「分散」ともいう）を利用して波長可変を行う分散チューニングの手法が非特許文献１に開示されている。
【０００４】
非特許文献１に開示された手法は、共振器内に分散があると自由スペクトル間隔（自由周波数空間）（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）が波長に応じて異なることを利用するものである。
【０００５】
具体的には、レーザを構成する半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ）に注入する電流を直接変調して能動モード同期を得るのに、変調周波数がレーザの発振する中心波長によって異なることを利用し、変調周波数を変化させることで、発振波長を変化させる方法を開示する。
【０００６】
また、非特許文献２は、能動モード同期を得るのに利得媒体（ＳＯＡ）に注入する電流を変調するのではなく、外部光による相互利得変調を用いることを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ， ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔ．Ｅｘｐ． Ｖｏｌ．１４， ｐｐ．９２９９−９３０６（２００６）
【非特許文献２】２００９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演予稿集 Ｃ−４−１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した分散チューニングではモード同期周波数の違いを用いて波長可変動作を行うので、変化するレーザの各発振周波数の時間軸に対する安定性を考慮すると変調周波数の確定精度が重要となる。従って、信号の時間的な変動（ずれ）や揺らぎ（以下、「ジッタ」ともいう）の少ない変調方法が求められる。
【０００９】
非特許文献１においては、利得媒体を駆動する電流を変調しており、非特許文献２においては、半導体レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）で発生させた連続光を電気光学変調器（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）で変調させた光を用いて変調している。
【００１０】
しかしながら、これら非特許文献で開示された手法は、電気的な変調を行った電流波形の形状がそのまま反映される変調方法であるため、電流波形を生成する際に生ずるジッタを抑制するのは難しく、更なる改善が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明により提供される波長可変光源装置は、光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置と、を具備した波長可変光源装置であって、前記変調光により前記発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御するとともに、前記変調光のパルス幅が、該変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、パルス幅の狭い外部光による相互利得変調を用いることで、信号の時間的な変動（ずれ）や揺らぎを抑制し、ジッタ特性に優れた能動モード同期動作をし得る波長可変光源装置を提供できる。また、ジッタ特性に優れることから波長確定精度の高い波長可変光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図２】本発明の波長可変光源装置における変調光を発生させる駆動信号と変調光と、発振により得られるパルス光との関係を示すグラフ
【図３】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図４】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図５】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図６】本発明の波長可変光源装置を用いた光断層撮像装置の一例を示す模式図
【図７】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図８】本発明の波長可変光源装置における変調光を発生させる駆動信号と変調光との関係を示すグラフ
【図９】本発明の波長可変光源装置により波長掃引されて出力される光を示すグラフ
【図１０】本発明における利得スイッチング動作によるパルス光とフィードバック光との関係を示すグラフ
【図１１】本発明の光源装置より積層体からなる検体に光照射して得られる反射光を示す模式図
【図１２】干渉光をオシロスコープで観測して得られる波形を示すグラフ
【図１３】従来の波長可変光源装置における変調光を発生させる駆動信号と変調光と、発振により得られるパルス光との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、時間幅の狭いパルス光による相互利得変調を用いて能動モード同期動作を行い、分散チューニングを行うことで、変調周波数のジッタ特性を改善し波長選択性に優れた波長可変動作が可能となるという発明者らが見出した知見に基づいている。
【００１５】
以下、図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図である。
【００１７】
図１の光源装置は大別して、光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置３５０と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置３６０と、で構成されている。
【００１８】
ここで第一の光源装置３５０は、光増幅媒体３０１と、アイソレータ３０２、波長分散を有する導波路３０４、サーキュレータ３０９を備え、これらを光導波路を用いて接続することによりリング共振器を構成している。尚、アイソレータ３０２は必用に応じて設けられる部材である。
【００１９】
光増幅媒体３０１は、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））を用いることができる。半導体光増幅器は、基本的には半導体レーザから共振器を外し、光の増幅過程を利用するもので、共振器を構成しないように、端面での反射を抑えた構造をとっている。ＳＯＡ３０１には不図示の直流電源が接続され、モード同期レーザとして発振するのに充分なキャリアが蓄積される電流が注入されるようになっている。
【００２０】
第二の光源装置３６０は、半導体レーザ３０６とこれに電圧を印加する電源３０７を備えている。尚、電源３０７はバイアス−Ｔ（Ｂｉａｓ Ｔｅｅ）等を用いて交流成分と直流成分を重畳した電圧を印加できる電源から構成される。
【００２１】
第二の光源装置３６０は、第一の光源装置３５０に導入される変調光としてパルス光を発生させる光源装置であり、この変調光（パルス光）により第一の光源装置３５０の発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御する。さらに、該変調光のパルス幅が、変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つものであり、特定の狭いパルス幅のパルス光を発生する。
【００２２】
次に、第一の光源装置及び第二の光源装置を用いた本発明の波長可変光源装置の動作を説明する。
【００２３】
第一の光源装置３５０を構成する共振器内の光増幅媒体３０１の利得に周期的な変調を与えることによって能動モード同期動作が行われる。その周期を決定する、モード同期をかける変調周波数ｆ（またはモード同期周波数ｆ）は、共振器長と共振器内の屈折率によって決まるＦＳＲの整数倍であることがモード同期動作の条件である。つまり変調周波数ｆは、共振器長をＬ、屈折率をｎ（λ）、光速をｃ、正の整数をＮとしたとき、リング共振器であれば、次の式（１）で表わされる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ファブリー・ペロー共振器であれば、次の式（２）で表わされる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、共振器は、波長分散を有する導波路３０４を有することから、屈折率が波長を変数とする分散を持つｎ（λ）となり、発振波長の中心波長によってｆの値が異なることになる。このため、変調周波数ｆを変化させると能動モード同期によって決まる発振波長を変化させることができる。これが分散チューニングの原理である。
【００２８】
したがって、ｆの値の確定精度が波長可変光源装置の発振波長を選択する精度に関係してくる。また、数百ｋＨｚ以上という高速な波長可変を分散チューニング方式で行う際に、変調周波数ｆは、高い値であることが望ましい。こうしたとき、外部光を変調光として用いた相互利得変調による分散チューニング方式は、高速な波長可変に好適である。
【００２９】
背景技術に示した非特許文献２においては、連続光をＥＯＭ等の変調器によって変調した光を変調光として用い、ＳＯＡを配して構成した共振器内に導入して相互損失を与えて、モード同期を得る。このため、変調信号である駆動電流の波形を強く反映したパルス光が共振器から生成される。
【００３０】
これに対し、本発明では、第二の光源装置により発生させる変調光を、特定のパルス幅を持つ（変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つ）と規定した。この第二の光源装置で発生させる変調光は、所謂、利得スイッチングレーザによると駆動電流の波形よりも狭い時間幅で発振するパルス光が得られることに相当する。
【００３１】
従って、これら２種のパルス光をそれぞれ変調光として用いて相互利得変調を行った場合、利得スイッチングレーザを用いた方がモード同期周波数ｆの確定精度に優れることとなる。その理由を図１３及び図２を用いて説明する。
【００３２】
図１３は、変調光を発生させる駆動信号と変調光と発振により得られるパルス光の利得と、の関係を示すグラフであって、変調光として連続光を変調器によって変調した光を用いた場合を示す。図１３（ａ）は駆動電流の時間波形、図１３（ｂ）は変調光の強度についての時間波形、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）を用いて利得媒体（光増幅媒体）を相互利得変調した場合における利得の時間波形をそれぞれ示す。
【００３３】
一方、図２は利得スイッチングレーザからのパルス光を変調光として用いた場合のグラフである。図２（ａ）は駆動電流の時間波形、図２（ｂ）は変調光の強度についての時間波形、図２（ｃ）は図２（ｂ）を用いて利得媒体を相互利得変調した場合における利得の時間波形をそれぞれ示す。図１３（ｂ）は、駆動電流の波形を示す図１３（ａ）と同じ波形であるのに対し、図２（ｂ）は、駆動電流波形を示す図２（ａ）の半周期よりも狭い時間幅で発振するパルス波形となる。
【００３４】
このような違いを持つパルス光を変調光として光増幅媒体（利得媒体）を相互利得変調すると、図１３（ｃ）に比べて図２（ｃ）の方が利得の立ち上がりが急峻になる。言い換えると、図２（ｃ）の方が利得増加の傾きが大きい。
【００３５】
従って、図１３（ｃ）におけるｆ１と図２（ｃ）におけるｆ２によって定義されるモード同期周波数を考えたとき、ｆ２のほうがｆ１よりも値の揺らぎが小さい。つまり図２（ｃ）の方が、能動モード同期におけるジッタ特性が改善され、モード同期周波数の確定性が向上したことになる。さらに、分散チューニングによる波長掃引を考えると、波長選択性の精度が向上したことになる。
【００３６】
また、図１３（ｃ）と図２（ｃ）における利得の積分値を比較すると、図２（ｃ）の方が大きな値となるため、レーザ発振する際の出力光の光量も大きくとれる。
【００３７】
こうした効果を考える際、変調光のパルス幅はどれだけ狭くなっても、利得媒体では誘導放出による相互利得変調は起こる。しかしながら、パルス幅が狭くなりすぎると、パルスにおける光量の尖頭値が高まり、導波路を伝播中にパルス幅が広がることや、利得媒体中で非線形効果が生じるなど、望ましくない効果が懸念される。
【００３８】
したがって、分散チューニングを行う際の周波数変調範囲に対し、ジッタ改善効果が充分得られる利得の傾きが形成できるパルス幅が好適である。
【００３９】
こうした点を考慮すると、変調光のパルス幅を定義する強度の極大値の半値における（半値の場所での）強度曲線の傾きが、駆動電流の（信号）波形における強度の極大値の半値における（場所で）強度曲線の傾きよりも大きいことが望ましい。狭いパルス幅を持つ変調光を発生させる第二の光源装置は利得スイッチング半導体レーザやモード同期レーザなどから構成できる。また、本発明は、第二の光源装置を波長可変半導体レーザで構成する態様をも包含する。
【００４０】
ここまでは、光増幅媒体として半導体光増幅器（ＳＯＡ）を例に説明したが、この他、光増幅媒体としては、エルビウムやイットリビウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。
【００４１】
希土類添加光ファイバは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増す。
【００４２】
半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、反射型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。
【００４３】
本発明において、光導波路は光を伝搬させる機能と波長分散を有するものであれば、基本的に用いることができるが、外部からの影響を極力抑えるために光を閉じ込めて伝搬させる、スラブ導波路や、光ファイバを用いることが好ましい。光を閉じ込めて伝搬させる導波路は、基本的には屈折率の高い部分（コア）と屈折率の低い部分（クラッド）を有するが、細かい間隔のＦＳＲを得るためには比較的長い共振器長が望ましく、この観点から光ファイバを用いるのが好ましい。これは分散チューニング方式の原理から、ＦＳＲ間隔が小さいほうが発振波長を選択するピッチが細かくなるからである。光ファイバとしては、石英（ＳｉＯ２）ガラスを用いたものや、プラスチックを用いたもの、石英とプラスチックの両方を用いたもの等を挙げることができる。
【００４４】
本発明において、光導波路が有する波長分散の分散値は、正常分散（分散値が負）のものから異常分散（分散値が正）のものまで、採用する光増幅媒体、得ようとする掃引速度、掃引波長範囲等を考慮して適宜、所定の分散値のものを採用することができる。
【００４５】
本発明で採用し得る共振器としては、上述したリング共振器の他、一対の平行平面を反射面として両端に備えた光共振器（所謂、ファブリー・ペロー共振器）を挙げることができる。共振器内での進行波の方向を一様とする観点からはアイソレータを含んだリング共振器を採用するのが好ましく、アイソレータが不要で低コストに光源装置を構成する観点からはファブリー・ペロー共振器を採用するのが好ましい。
【００４６】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００４７】
（実施例１）
ファイバを用いて構成したリング共振器に対し外部から利得スイッチングレーザによる変調光を導入して相互利得変調による分散チューニングを行い、波長掃引の中心波長が１．０６μｍ帯の波長可変光源装置について説明する。
【００４８】
本実施例の光源装置は、図３に示した構成である。図３において、３０１はＳＯＡ、３０２はアイソレータ、３０３は出力用カプラ、３０４は分散付与用ファイバを備えたファイバーリング共振器３０５をそれぞれ示す。
【００４９】
リング共振器３０５の外部に半導体ＬＤ３０６を備え、電圧源３０７から直流成分と交流成分を重畳した電圧を半導体ＬＤ３０６の閾値電流付近で印加することにより、利得スイッチング動作を行う。半導体ＬＤ３０６で生成した外部変調光はアイソレータ３１０を通過したあと、ＳＯＡ３０８を経て光量を増加され、サーキュレータ３０９を介してリング共振器３０５へ導入される。そして、外部変調光がＳＯＡ３０１の活性層を伝播し、活性層内部のキャリアを誘導放出により消費することでＳＯＡ３０１の利得に損失を与え相互利得変調を行う。
【００５０】
本実施例におけるＳＯＡ３０１、および３０８は利得の中心波長が波長１．０６μｍ帯のものである。ＳＯＡ３０１、３０８には直流電圧を印加しておき、充分な利得を持っている状態とする。また、アイソレータ３０２、３０７、出力用カプラ３０３、サーキュレータ３０９の動作波長帯域も波長１．０６μｍ帯のものである。
【００５１】
分散付与ファイバ３０４の分散値は−５０（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）であり、長さ１００ｍである。このとき１ＧＨｚ辺りのモード同期周波数ｆで能動モード同期を行い、周波数ｆを±５００ｋＨｚ変化させると分散チューニングの原理により５０ｎｍ程度の波長可変幅が得られる。
【００５２】
このような周波数変調を行う外部変調光を半導体ＬＤ３０６から発生させる。半導体ＬＤ３０６の閾値が４０ｍＡのとき、直流成分３０ｍＡ、交流成分±２０ｍＡに相当する電圧を電圧源３０７から重畳して印加することで、半導体ＬＤ３０６を利得スイッチング動作させる。
【００５３】
電圧源３０７からの信号が１ＧＨｚの正弦波、つまり周期１ＧＨｚで半値幅５００ｐｓの電流波形を印加した際、利得スイッチング動作状態の半導体ＬＤ３０６からは半値幅１００ｐｓ程度で周期１ＧＨｚの繰り返しパルス列が発生する。
【００５４】
この様子を図８に示す。図８（ａ）が電流波形であり、その半値幅よりも狭いパルス幅の光が図８の（ｂ）である。さらに電圧源３０６の周波数を１ＧＨｚに対し±５００ｋＨｚの範囲で周波数変調することで、所望の変調光を生成し得る。
【００５５】
なお、ＳＯＡ３０１を効率良く相互利得変調する観点から、半導体ＬＤ３０６は波長可変ＬＤであることが好適である。
【００５６】
さらに、リング共振器３０５での発振波長より短波長であることも好適である。
【００５７】
このパルス光を用いてリング共振器３０５内のＳＯＡ３０１に対し相互利得変調による能動モード同期を行うことで、ジッタ特性の良い分散チューニングを行い得る。
【００５８】
その結果、出力用カプラ３０３から発振波長が可変できる光が出力される。
【００５９】
また、電圧源３０６の周波数を上記の範囲で繰り返し掃引することで、出力用カプラ３０３からは、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すようにλ１からλｎまで繰り返し波長掃引された光が出力される。
【００６０】
（実施例２）
本実施例では、実施例１に示した波長可変光源装置の外部変調光の光源であるＬＤ３０６へ連続光を導入することで、利得スイッチング動作時のジッタ特性を改善した光源装置を示す。
【００６１】
図４において、４０１は連続光を発生する半導体ＬＤ、４０２はカプラであり、他の構成要素は実施例１と同様である。第二の光源装置（半導体レーザ３０６等で構成）に第三の光源装置より制御光を導入する構成を有するものである。
【００６２】
図４の波長可変光源装置は、利得スイッチング動作を行うＬＤに対し、その外部から発振波長のわずかに短波長の連続光を導入することで、パルス発振のジッタ特性を改善する装置である。
【００６３】
半導体レーザ（ＬＤ）４０１（第三の光源装置）からＬＤ３０６の発振波長に対してわずかに短波長連続光を導入することで、ＬＤ３０６内の自然放出光（ＡＳＥ光：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の発生量を抑制することができる。よって、利得スイッチング動作時のキャリアの揺らぎによるパルス発振のジッタ特性が改善される。したがって、このように発生したＬＤ３０６からのパルス光を用いてリング共振器３０５に対し分散チューニングを行うことで、実施例１の装置に比して更にジッタ特性が改善され、波長選択性の優れた波長可変光源装置が提供できる。
【００６４】
なお、上記の効果を効率的に引出す観点から半導体ＬＤ４０１は波長可変レーザであることが好適である。
【００６５】
（実施例３）
本実施例では、実施例１に示した波長可変光源装置の外部変調光の光源であるＬＤ３０６へＬＤ３０６自身の光の一部をフィードバック導入することで、利得スイッチング動作時のジッタ特性を改善した光源装置を示す。
【００６６】
図５において、５０１、５０３はカプラ、５０２はファイバストレッチャー、他の構成要素は実施例１と同様である。
【００６７】
図５の波長可変光源装置は、利得スイッチング動作を行うＬＤに対し、ＬＤ自身の光の一部をフィードバックさせることでパルス発振のジッタ特性を改善する装置である。
【００６８】
利得スイッチング動作を行うＬＤ３０６から発生したパルス光の一部強度をカプラ５０１（分岐手段）で取り出し、ファイバストレッチャー５０２を含めた遅延経路で所望の遅延時間を与えてからカプラ５０３を介してＬＤ３０６へとフィードバックさせる。
【００６９】
ここでいう所望の遅延時間について図１０を用いて説明する。
【００７０】
図１０において、１００１はＬＤ３０６の利得スイッチング動作におけるパルス光であり、その発振のタイミングを表す。このパルス光１００１の発振に対しτだけ直前の時間にフィードバック光１００２がＬＤ３０６へと帰還されるよう遅延経路長を調整する。τは０〜１００ｐｓ程度（時間：ピコ秒）である。このとき、ＬＤ３０６内のキャリアがフィードバック光１００２による誘導放出によって一部消費され、発振閾値を超えるキャリア密度の傾きが急激になるため、利得スイッチング動作時のジッタ特性が改善される。
【００７１】
したがって、このように発生したＬＤ３０６からのパルス光を用いてリング共振器３０５に対し分散チューニングを行うことで、実施例１に対して更にジッタ特性が改善され、波長選択性の優れた波長可変光源装置が提供できる。
【００７２】
また、実施例２のように連続光によって利得スイッチングレーザのジッタ特性を改善する場合と比べ、上記のようにフィードバックさせるタイミングが重要なので、発振波長に対してわずかに短波長という波長制御の条件が緩和される。
【００７３】
さらに、光源装置を外部に設けないため、実施例２の装置に比してコストの低減の観点から好適である。
【００７４】
（実施例４）
本実施例では、実施例１示した波長可変光源装置の外部変調光の光源であるＬＤ３０６へリング共振器３０５からの出射光の一部をフィードバック導入することで、利得スイッチング動作時のジッタ特性を改善した装置を示す。
【００７５】
図７において、７０１、７０２はカプラ、７０３はファイバストレッチャー、他の構成要素は実施例１と同様である。
【００７６】
実施例３に記載したように、パルス光をタイミングよくＬＤ３０６へ帰還させることで利得スイッチング動作時のジッタを改善できる。本実施例では波長可変光源装置としての出射光であるカプラ３０３からの出射光の一部強度をカプラ７０１で取り出す。
【００７７】
ファイバストレッチャー７０３を含めた遅延経路で所望の遅延時間を与えてからカプラ７０２を介してＬＤ３０６へとフィードバックする。ここでいう所望の遅延時間とは、実施例３にて図１０を用いて示した通りである。ＬＤ３０６の発振波長と、リング共振器３０５からの出射光の波長は異なっており、ＬＤ３０６内でフィードバック光により誘起される寄生発振を抑制できる効果がある。これにより図１０におけるパルス光１００１とフィードバック光１００２が重なる影響が低減でき、所望の遅延時間の精度に対する制約が緩和される。ただし、リング共振器３０５からの出射光の波長帯域がＬＤ３０６の利得帯域内に含まれていることが望ましい。
【００７８】
（実施例５）
本発明の波長可変光源装置を波長掃引型光断層撮像装置（ＳＳ−ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ−Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に適用した例について説明する。
【００７９】
図６は、本発明の波長可変光源装置を適用した波長掃引型光断層撮像装置の模式図である。
【００８０】
図６に示したＯＣＴ装置では、波長可変光源６０１（光源部）から出た光をカプラ６０２を通じて被検体６０３へと導かれるサンプル光６０４と、固定ミラー（参照ミラー）６０５へと導かれる参照光６０６とに分割する。分割されたあと、サンプル光６０４はコリメータレンズ６０７と走査鏡６０８および対物レンズ６０９を経て、検体６０３へと導かれ、検体６０３に照射される。
【００８１】
検体６０３の深さ情報を持って反射された光はもと来た光路を戻り、再びカプラ６０２に戻る。ここで、対物レンズ６０９、走査鏡６０８、コリメータレンズは、検体測定部を構成する。
【００８２】
一方、参照光６０６はコリメータレンズ６１０、対物レンズ６１１を通過したのち固定ミラー（参照ミラー）６０５にて反射され、もと来た光路を戻り再びカプラ６０２（干渉部）へと戻る。ここで、参照ミラー６０５、対物レンズ６１１、コリメータレンズ６１０は、参照部を構成し、反射光を干渉部６０２に伝達する。
【００８３】
干渉部６０２に戻った参照光６０６は、サンプル光（反射光）６０４と共にフォトダイオード（光検出部）６１２へと導かれ干渉信号を生成する。計算処理機（画像処理部）６１３においてこの干渉信号を光源走査信号をもとに再配列し、フーリエ変換を中心とした信号処理をすることで深さ方向断層画像を取得できる。つまり、光検出部６１２で検出された干渉光に基づいて検体の断層像が得られる。
【００８４】
本発明に係る波長可変光源を用いることで、波長選択性の良い光を用いてＯＣＴ信号を取得でき、被検体６０３の奥行き方向における反射位置の特定が正確になる。
【００８５】
よって、ＯＣＴ装置として深さ方向断層画像を取得する際に、光源の発振波長が揺らぐことによる画像の劣化が改善され、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）に優れた良質な画像が取得できる。
【００８６】
本実施例のＯＣＴ装置によると良質な画像が得られる理由を図１１及び図１２を参照して以下に説明する。
【００８７】
図１１に示すように、被検体６０３の内部はｘ１からｘｎまでの層構造を持っている。サンプル光６０４と参照光６０６はカプラ６０２で合波されたとき、固定ミラー６０５に対して被検体６０３内のｘ１からｘｎが持つ光路長差Ｌ１からＬｎに応じて干渉信号を生成する。
【００８８】
カプラ６０２で合波した光をフォトダイオード６１２で受光しオシロスコープで観測すると、図１２のような干渉波形が得られる。この波形をフーリエ変換することで光路長差Ｌを算出し、被検体６０３内部の反射位置であるｘ１からｘｎまでを特定する。そしてＯＣＴ装置として深さ方向断層画像を取得する。
【００８９】
ここで、図１２に示した干渉波形が山であるか谷であるかは、パルスの中心波長に対して光路長差Ｌが強めあう干渉条件であるか弱めあう干渉条件であるかに対応している。
【００９０】
つまり、光源の波長を掃引する際に中心波長が揺らぐことは、図１２に示した干渉波形が揺らぐことに相当する。その結果、フーリエ変換した際のＳ／Ｎ比も劣化し、ＯＣＴ装置としての断層画像のＳ／Ｎ比も劣化する。従って、本発明に係る波長選択性の良い波長可変光源をＳＳ−ＯＣＴ装置に適応することで、Ｓ／Ｎ比に優れた良質な画像が取得できる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の波長可変光源装置は、通信ネットワーク分野、検査装置の分野等、波長可変光源を適用できる各分野で利用できる。
【符号の説明】
【００９２】
３０１ 光増幅媒体
３０４ 波長分散を有する導波路
３０５ 共振器
３５０ 第一の光源装置
３６０ 第二の光源装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は相互利得変調による能動モード同期を用いた波長可変光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長掃引速度が数百ＫＨｚから数ＭＨｚといったオーダーで高速に、かつ波長掃引幅が数百ｎｍといった広帯域に波長可変できる光源が研究、開発されてきている。
【０００３】
そのなかのひとつに、能動モード同期をもとにし、共振器中における屈折率の波長分散（以下、単に「分散」ともいう）を利用して波長可変を行う分散チューニングの手法が非特許文献１に開示されている。
【０００４】
非特許文献１に開示された手法は、共振器内に分散があると自由スペクトル間隔（自由周波数空間）（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）が波長に応じて異なることを利用するものである。
【０００５】
具体的には、レーザを構成する半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ）に注入する電流を直接変調して能動モード同期を得るのに、変調周波数がレーザの発振する中心波長によって異なることを利用し、変調周波数を変化させることで、発振波長を変化させる方法を開示する。
【０００６】
また、非特許文献２は、能動モード同期を得るのに利得媒体（ＳＯＡ）に注入する電流を変調するのではなく、外部光による相互利得変調を用いることを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ， ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔ．Ｅｘｐ． Ｖｏｌ．１４， ｐｐ．９２９９−９３０６（２００６）
【非特許文献２】２００９年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演予稿集 Ｃ−４−１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した分散チューニングではモード同期周波数の違いを用いて波長可変動作を行うので、変化するレーザの各発振周波数の時間軸に対する安定性を考慮すると変調周波数の確定精度が重要となる。従って、信号の時間的な変動（ずれ）や揺らぎ（以下、「ジッタ」ともいう）の少ない変調方法が求められる。
【０００９】
非特許文献１においては、利得媒体を駆動する電流を変調しており、非特許文献２においては、半導体レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）で発生させた連続光を電気光学変調器（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）で変調させた光を用いて変調している。
【００１０】
しかしながら、これら非特許文献で開示された手法は、電気的な変調を行った電流波形の形状がそのまま反映される変調方法であるため、電流波形を生成する際に生ずるジッタを抑制するのは難しく、更なる改善が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明により提供される波長可変光源装置は、光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置と、を具備した波長可変光源装置であって、前記変調光により前記発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御するとともに、前記変調光のパルス幅が、該変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、パルス幅の狭い外部光による相互利得変調を用いることで、信号の時間的な変動（ずれ）や揺らぎを抑制し、ジッタ特性に優れた能動モード同期動作をし得る波長可変光源装置を提供できる。また、ジッタ特性に優れることから波長確定精度の高い波長可変光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図２】本発明の波長可変光源装置における変調光を発生させる駆動信号と変調光と、発振により得られるパルス光との関係を示すグラフ
【図３】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図４】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図５】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図６】本発明の波長可変光源装置を用いた光断層撮像装置の一例を示す模式図
【図７】本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図
【図８】本発明の波長可変光源装置における変調光を発生させる駆動信号と変調光との関係を示すグラフ
【図９】本発明の波長可変光源装置により波長掃引されて出力される光を示すグラフ
【図１０】本発明における利得スイッチング動作によるパルス光とフィードバック光との関係を示すグラフ
【図１１】本発明の光源装置より積層体からなる検体に光照射して得られる反射光を示す模式図
【図１２】干渉光をオシロスコープで観測して得られる波形を示すグラフ
【図１３】従来の波長可変光源装置における変調光を発生させる駆動信号と変調光と、発振により得られるパルス光との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、時間幅の狭いパルス光による相互利得変調を用いて能動モード同期動作を行い、分散チューニングを行うことで、変調周波数のジッタ特性を改善し波長選択性に優れた波長可変動作が可能となるという発明者らが見出した知見に基づいている。
【００１５】
以下、図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の波長可変光源装置の一例を示す模式図である。
【００１７】
図１の光源装置は大別して、光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置３５０と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置３６０と、で構成されている。
【００１８】
ここで第一の光源装置３５０は、光増幅媒体３０１と、アイソレータ３０２、波長分散を有する導波路３０４、サーキュレータ３０９を備え、これらを光導波路を用いて接続することによりリング共振器を構成している。尚、アイソレータ３０２は必用に応じて設けられる部材である。
【００１９】
光増幅媒体３０１は、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））を用いることができる。半導体光増幅器は、基本的には半導体レーザから共振器を外し、光の増幅過程を利用するもので、共振器を構成しないように、端面での反射を抑えた構造をとっている。ＳＯＡ３０１には不図示の直流電源が接続され、モード同期レーザとして発振するのに充分なキャリアが蓄積される電流が注入されるようになっている。
【００２０】
第二の光源装置３６０は、半導体レーザ３０６とこれに電圧を印加する電源３０７を備えている。尚、電源３０７はバイアス−Ｔ（Ｂｉａｓ Ｔｅｅ）等を用いて交流成分と直流成分を重畳した電圧を印加できる電源から構成される。
【００２１】
第二の光源装置３６０は、第一の光源装置３５０に導入される変調光としてパルス光を発生させる光源装置であり、この変調光（パルス光）により第一の光源装置３５０の発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御する。さらに、該変調光のパルス幅が、変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つものであり、特定の狭いパルス幅のパルス光を発生する。
【００２２】
次に、第一の光源装置及び第二の光源装置を用いた本発明の波長可変光源装置の動作を説明する。
【００２３】
第一の光源装置３５０を構成する共振器内の光増幅媒体３０１の利得に周期的な変調を与えることによって能動モード同期動作が行われる。その周期を決定する、モード同期をかける変調周波数ｆ（またはモード同期周波数ｆ）は、共振器長と共振器内の屈折率によって決まるＦＳＲの整数倍であることがモード同期動作の条件である。つまり変調周波数ｆは、共振器長をＬ、屈折率をｎ（λ）、光速をｃ、正の整数をＮとしたとき、リング共振器であれば、次の式（１）で表わされる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ファブリー・ペロー共振器であれば、次の式（２）で表わされる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、共振器は、波長分散を有する導波路３０４を有することから、屈折率が波長を変数とする分散を持つｎ（λ）となり、発振波長の中心波長によってｆの値が異なることになる。このため、変調周波数ｆを変化させると能動モード同期によって決まる発振波長を変化させることができる。これが分散チューニングの原理である。
【００２８】
したがって、ｆの値の確定精度が波長可変光源装置の発振波長を選択する精度に関係してくる。また、数百ｋＨｚ以上という高速な波長可変を分散チューニング方式で行う際に、変調周波数ｆは、高い値であることが望ましい。こうしたとき、外部光を変調光として用いた相互利得変調による分散チューニング方式は、高速な波長可変に好適である。
【００２９】
背景技術に示した非特許文献２においては、連続光をＥＯＭ等の変調器によって変調した光を変調光として用い、ＳＯＡを配して構成した共振器内に導入して相互損失を与えて、モード同期を得る。このため、変調信号である駆動電流の波形を強く反映したパルス光が共振器から生成される。
【００３０】
これに対し、本発明では、第二の光源装置により発生させる変調光を、特定のパルス幅を持つ（変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つ）と規定した。この第二の光源装置で発生させる変調光は、所謂、利得スイッチングレーザによると駆動電流の波形よりも狭い時間幅で発振するパルス光が得られることに相当する。
【００３１】
従って、これら２種のパルス光をそれぞれ変調光として用いて相互利得変調を行った場合、利得スイッチングレーザを用いた方がモード同期周波数ｆの確定精度に優れることとなる。その理由を図１３及び図２を用いて説明する。
【００３２】
図１３は、変調光を発生させる駆動信号と変調光と発振により得られるパルス光の利得と、の関係を示すグラフであって、変調光として連続光を変調器によって変調した光を用いた場合を示す。図１３（ａ）は駆動電流の時間波形、図１３（ｂ）は変調光の強度についての時間波形、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）を用いて利得媒体（光増幅媒体）を相互利得変調した場合における利得の時間波形をそれぞれ示す。
【００３３】
一方、図２は利得スイッチングレーザからのパルス光を変調光として用いた場合のグラフである。図２（ａ）は駆動電流の時間波形、図２（ｂ）は変調光の強度についての時間波形、図２（ｃ）は図２（ｂ）を用いて利得媒体を相互利得変調した場合における利得の時間波形をそれぞれ示す。図１３（ｂ）は、駆動電流の波形を示す図１３（ａ）と同じ波形であるのに対し、図２（ｂ）は、駆動電流波形を示す図２（ａ）の半周期よりも狭い時間幅で発振するパルス波形となる。
【００３４】
このような違いを持つパルス光を変調光として光増幅媒体（利得媒体）を相互利得変調すると、図１３（ｃ）に比べて図２（ｃ）の方が利得の立ち上がりが急峻になる。言い換えると、図２（ｃ）の方が利得増加の傾きが大きい。
【００３５】
従って、図１３（ｃ）におけるｆ１と図２（ｃ）におけるｆ２によって定義されるモード同期周波数を考えたとき、ｆ２のほうがｆ１よりも値の揺らぎが小さい。つまり図２（ｃ）の方が、能動モード同期におけるジッタ特性が改善され、モード同期周波数の確定性が向上したことになる。さらに、分散チューニングによる波長掃引を考えると、波長選択性の精度が向上したことになる。
【００３６】
また、図１３（ｃ）と図２（ｃ）における利得の積分値を比較すると、図２（ｃ）の方が大きな値となるため、レーザ発振する際の出力光の光量も大きくとれる。
【００３７】
こうした効果を考える際、変調光のパルス幅はどれだけ狭くなっても、利得媒体では誘導放出による相互利得変調は起こる。しかしながら、パルス幅が狭くなりすぎると、パルスにおける光量の尖頭値が高まり、導波路を伝播中にパルス幅が広がることや、利得媒体中で非線形効果が生じるなど、望ましくない効果が懸念される。
【００３８】
したがって、分散チューニングを行う際の周波数変調範囲に対し、ジッタ改善効果が充分得られる利得の傾きが形成できるパルス幅が好適である。
【００３９】
こうした点を考慮すると、変調光のパルス幅を定義する強度の極大値の半値における（半値の場所での）強度曲線の傾きが、駆動電流の（信号）波形における強度の極大値の半値における（場所で）強度曲線の傾きよりも大きいことが望ましい。狭いパルス幅を持つ変調光を発生させる第二の光源装置は利得スイッチング半導体レーザやモード同期レーザなどから構成できる。また、本発明は、第二の光源装置を波長可変半導体レーザで構成する態様をも包含する。
【００４０】
ここまでは、光増幅媒体として半導体光増幅器（ＳＯＡ）を例に説明したが、この他、光増幅媒体としては、エルビウムやイットリビウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。
【００４１】
希土類添加光ファイバは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増す。
【００４２】
半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、反射型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。
【００４３】
本発明において、光導波路は光を伝搬させる機能と波長分散を有するものであれば、基本的に用いることができるが、外部からの影響を極力抑えるために光を閉じ込めて伝搬させる、スラブ導波路や、光ファイバを用いることが好ましい。光を閉じ込めて伝搬させる導波路は、基本的には屈折率の高い部分（コア）と屈折率の低い部分（クラッド）を有するが、細かい間隔のＦＳＲを得るためには比較的長い共振器長が望ましく、この観点から光ファイバを用いるのが好ましい。これは分散チューニング方式の原理から、ＦＳＲ間隔が小さいほうが発振波長を選択するピッチが細かくなるからである。光ファイバとしては、石英（ＳｉＯ２）ガラスを用いたものや、プラスチックを用いたもの、石英とプラスチックの両方を用いたもの等を挙げることができる。
【００４４】
本発明において、光導波路が有する波長分散の分散値は、正常分散（分散値が負）のものから異常分散（分散値が正）のものまで、採用する光増幅媒体、得ようとする掃引速度、掃引波長範囲等を考慮して適宜、所定の分散値のものを採用することができる。
【００４５】
本発明で採用し得る共振器としては、上述したリング共振器の他、一対の平行平面を反射面として両端に備えた光共振器（所謂、ファブリー・ペロー共振器）を挙げることができる。共振器内での進行波の方向を一様とする観点からはアイソレータを含んだリング共振器を採用するのが好ましく、アイソレータが不要で低コストに光源装置を構成する観点からはファブリー・ペロー共振器を採用するのが好ましい。
【００４６】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００４７】
（実施例１）
ファイバを用いて構成したリング共振器に対し外部から利得スイッチングレーザによる変調光を導入して相互利得変調による分散チューニングを行い、波長掃引の中心波長が１．０６μｍ帯の波長可変光源装置について説明する。
【００４８】
本実施例の光源装置は、図３に示した構成である。図３において、３０１はＳＯＡ、３０２はアイソレータ、３０３は出力用カプラ、３０４は分散付与用ファイバを備えたファイバーリング共振器３０５をそれぞれ示す。
【００４９】
リング共振器３０５の外部に半導体ＬＤ３０６を備え、電圧源３０７から直流成分と交流成分を重畳した電圧を半導体ＬＤ３０６の閾値電流付近で印加することにより、利得スイッチング動作を行う。半導体ＬＤ３０６で生成した外部変調光はアイソレータ３１０を通過したあと、ＳＯＡ３０８を経て光量を増加され、サーキュレータ３０９を介してリング共振器３０５へ導入される。そして、外部変調光がＳＯＡ３０１の活性層を伝播し、活性層内部のキャリアを誘導放出により消費することでＳＯＡ３０１の利得に損失を与え相互利得変調を行う。
【００５０】
本実施例におけるＳＯＡ３０１、および３０８は利得の中心波長が波長１．０６μｍ帯のものである。ＳＯＡ３０１、３０８には直流電圧を印加しておき、充分な利得を持っている状態とする。また、アイソレータ３０２、３０７、出力用カプラ３０３、サーキュレータ３０９の動作波長帯域も波長１．０６μｍ帯のものである。
【００５１】
分散付与ファイバ３０４の分散値は−５０（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）であり、長さ１００ｍである。このとき１ＧＨｚ辺りのモード同期周波数ｆで能動モード同期を行い、周波数ｆを±５００ｋＨｚ変化させると分散チューニングの原理により５０ｎｍ程度の波長可変幅が得られる。
【００５２】
このような周波数変調を行う外部変調光を半導体ＬＤ３０６から発生させる。半導体ＬＤ３０６の閾値が４０ｍＡのとき、直流成分３０ｍＡ、交流成分±２０ｍＡに相当する電圧を電圧源３０７から重畳して印加することで、半導体ＬＤ３０６を利得スイッチング動作させる。
【００５３】
電圧源３０７からの信号が１ＧＨｚの正弦波、つまり周期１ＧＨｚで半値幅５００ｐｓの電流波形を印加した際、利得スイッチング動作状態の半導体ＬＤ３０６からは半値幅１００ｐｓ程度で周期１ＧＨｚの繰り返しパルス列が発生する。
【００５４】
この様子を図８に示す。図８（ａ）が電流波形であり、その半値幅よりも狭いパルス幅の光が図８の（ｂ）である。さらに電圧源３０６の周波数を１ＧＨｚに対し±５００ｋＨｚの範囲で周波数変調することで、所望の変調光を生成し得る。
【００５５】
なお、ＳＯＡ３０１を効率良く相互利得変調する観点から、半導体ＬＤ３０６は波長可変ＬＤであることが好適である。
【００５６】
さらに、リング共振器３０５での発振波長より短波長であることも好適である。
【００５７】
このパルス光を用いてリング共振器３０５内のＳＯＡ３０１に対し相互利得変調による能動モード同期を行うことで、ジッタ特性の良い分散チューニングを行い得る。
【００５８】
その結果、出力用カプラ３０３から発振波長が可変できる光が出力される。
【００５９】
また、電圧源３０６の周波数を上記の範囲で繰り返し掃引することで、出力用カプラ３０３からは、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すようにλ１からλｎまで繰り返し波長掃引された光が出力される。
【００６０】
（実施例２）
本実施例では、実施例１に示した波長可変光源装置の外部変調光の光源であるＬＤ３０６へ連続光を導入することで、利得スイッチング動作時のジッタ特性を改善した光源装置を示す。
【００６１】
図４において、４０１は連続光を発生する半導体ＬＤ、４０２はカプラであり、他の構成要素は実施例１と同様である。第二の光源装置（半導体レーザ３０６等で構成）に第三の光源装置より制御光を導入する構成を有するものである。
【００６２】
図４の波長可変光源装置は、利得スイッチング動作を行うＬＤに対し、その外部から発振波長のわずかに短波長の連続光を導入することで、パルス発振のジッタ特性を改善する装置である。
【００６３】
半導体レーザ（ＬＤ）４０１（第三の光源装置）からＬＤ３０６の発振波長に対してわずかに短波長連続光を導入することで、ＬＤ３０６内の自然放出光（ＡＳＥ光：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の発生量を抑制することができる。よって、利得スイッチング動作時のキャリアの揺らぎによるパルス発振のジッタ特性が改善される。したがって、このように発生したＬＤ３０６からのパルス光を用いてリング共振器３０５に対し分散チューニングを行うことで、実施例１の装置に比して更にジッタ特性が改善され、波長選択性の優れた波長可変光源装置が提供できる。
【００６４】
なお、上記の効果を効率的に引出す観点から半導体ＬＤ４０１は波長可変レーザであることが好適である。
【００６５】
（実施例３）
本実施例では、実施例１に示した波長可変光源装置の外部変調光の光源であるＬＤ３０６へＬＤ３０６自身の光の一部をフィードバック導入することで、利得スイッチング動作時のジッタ特性を改善した光源装置を示す。
【００６６】
図５において、５０１、５０３はカプラ、５０２はファイバストレッチャー、他の構成要素は実施例１と同様である。
【００６７】
図５の波長可変光源装置は、利得スイッチング動作を行うＬＤに対し、ＬＤ自身の光の一部をフィードバックさせることでパルス発振のジッタ特性を改善する装置である。
【００６８】
利得スイッチング動作を行うＬＤ３０６から発生したパルス光の一部強度をカプラ５０１（分岐手段）で取り出し、ファイバストレッチャー５０２を含めた遅延経路で所望の遅延時間を与えてからカプラ５０３を介してＬＤ３０６へとフィードバックさせる。
【００６９】
ここでいう所望の遅延時間について図１０を用いて説明する。
【００７０】
図１０において、１００１はＬＤ３０６の利得スイッチング動作におけるパルス光であり、その発振のタイミングを表す。このパルス光１００１の発振に対しτだけ直前の時間にフィードバック光１００２がＬＤ３０６へと帰還されるよう遅延経路長を調整する。τは０〜１００ｐｓ程度（時間：ピコ秒）である。このとき、ＬＤ３０６内のキャリアがフィードバック光１００２による誘導放出によって一部消費され、発振閾値を超えるキャリア密度の傾きが急激になるため、利得スイッチング動作時のジッタ特性が改善される。
【００７１】
したがって、このように発生したＬＤ３０６からのパルス光を用いてリング共振器３０５に対し分散チューニングを行うことで、実施例１に対して更にジッタ特性が改善され、波長選択性の優れた波長可変光源装置が提供できる。
【００７２】
また、実施例２のように連続光によって利得スイッチングレーザのジッタ特性を改善する場合と比べ、上記のようにフィードバックさせるタイミングが重要なので、発振波長に対してわずかに短波長という波長制御の条件が緩和される。
【００７３】
さらに、光源装置を外部に設けないため、実施例２の装置に比してコストの低減の観点から好適である。
【００７４】
（実施例４）
本実施例では、実施例１示した波長可変光源装置の外部変調光の光源であるＬＤ３０６へリング共振器３０５からの出射光の一部をフィードバック導入することで、利得スイッチング動作時のジッタ特性を改善した装置を示す。
【００７５】
図７において、７０１、７０２はカプラ、７０３はファイバストレッチャー、他の構成要素は実施例１と同様である。
【００７６】
実施例３に記載したように、パルス光をタイミングよくＬＤ３０６へ帰還させることで利得スイッチング動作時のジッタを改善できる。本実施例では波長可変光源装置としての出射光であるカプラ３０３からの出射光の一部強度をカプラ７０１で取り出す。
【００７７】
ファイバストレッチャー７０３を含めた遅延経路で所望の遅延時間を与えてからカプラ７０２を介してＬＤ３０６へとフィードバックする。ここでいう所望の遅延時間とは、実施例３にて図１０を用いて示した通りである。ＬＤ３０６の発振波長と、リング共振器３０５からの出射光の波長は異なっており、ＬＤ３０６内でフィードバック光により誘起される寄生発振を抑制できる効果がある。これにより図１０におけるパルス光１００１とフィードバック光１００２が重なる影響が低減でき、所望の遅延時間の精度に対する制約が緩和される。ただし、リング共振器３０５からの出射光の波長帯域がＬＤ３０６の利得帯域内に含まれていることが望ましい。
【００７８】
（実施例５）
本発明の波長可変光源装置を波長掃引型光断層撮像装置（ＳＳ−ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ−Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に適用した例について説明する。
【００７９】
図６は、本発明の波長可変光源装置を適用した波長掃引型光断層撮像装置の模式図である。
【００８０】
図６に示したＯＣＴ装置では、波長可変光源６０１（光源部）から出た光をカプラ６０２を通じて被検体６０３へと導かれるサンプル光６０４と、固定ミラー（参照ミラー）６０５へと導かれる参照光６０６とに分割する。分割されたあと、サンプル光６０４はコリメータレンズ６０７と走査鏡６０８および対物レンズ６０９を経て、検体６０３へと導かれ、検体６０３に照射される。
【００８１】
検体６０３の深さ情報を持って反射された光はもと来た光路を戻り、再びカプラ６０２に戻る。ここで、対物レンズ６０９、走査鏡６０８、コリメータレンズは、検体測定部を構成する。
【００８２】
一方、参照光６０６はコリメータレンズ６１０、対物レンズ６１１を通過したのち固定ミラー（参照ミラー）６０５にて反射され、もと来た光路を戻り再びカプラ６０２（干渉部）へと戻る。ここで、参照ミラー６０５、対物レンズ６１１、コリメータレンズ６１０は、参照部を構成し、反射光を干渉部６０２に伝達する。
【００８３】
干渉部６０２に戻った参照光６０６は、サンプル光（反射光）６０４と共にフォトダイオード（光検出部）６１２へと導かれ干渉信号を生成する。計算処理機（画像処理部）６１３においてこの干渉信号を光源走査信号をもとに再配列し、フーリエ変換を中心とした信号処理をすることで深さ方向断層画像を取得できる。つまり、光検出部６１２で検出された干渉光に基づいて検体の断層像が得られる。
【００８４】
本発明に係る波長可変光源を用いることで、波長選択性の良い光を用いてＯＣＴ信号を取得でき、被検体６０３の奥行き方向における反射位置の特定が正確になる。
【００８５】
よって、ＯＣＴ装置として深さ方向断層画像を取得する際に、光源の発振波長が揺らぐことによる画像の劣化が改善され、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）に優れた良質な画像が取得できる。
【００８６】
本実施例のＯＣＴ装置によると良質な画像が得られる理由を図１１及び図１２を参照して以下に説明する。
【００８７】
図１１に示すように、被検体６０３の内部はｘ１からｘｎまでの層構造を持っている。サンプル光６０４と参照光６０６はカプラ６０２で合波されたとき、固定ミラー６０５に対して被検体６０３内のｘ１からｘｎが持つ光路長差Ｌ１からＬｎに応じて干渉信号を生成する。
【００８８】
カプラ６０２で合波した光をフォトダイオード６１２で受光しオシロスコープで観測すると、図１２のような干渉波形が得られる。この波形をフーリエ変換することで光路長差Ｌを算出し、被検体６０３内部の反射位置であるｘ１からｘｎまでを特定する。そしてＯＣＴ装置として深さ方向断層画像を取得する。
【００８９】
ここで、図１２に示した干渉波形が山であるか谷であるかは、パルスの中心波長に対して光路長差Ｌが強めあう干渉条件であるか弱めあう干渉条件であるかに対応している。
【００９０】
つまり、光源の波長を掃引する際に中心波長が揺らぐことは、図１２に示した干渉波形が揺らぐことに相当する。その結果、フーリエ変換した際のＳ／Ｎ比も劣化し、ＯＣＴ装置としての断層画像のＳ／Ｎ比も劣化する。従って、本発明に係る波長選択性の良い波長可変光源をＳＳ−ＯＣＴ装置に適応することで、Ｓ／Ｎ比に優れた良質な画像が取得できる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の波長可変光源装置は、通信ネットワーク分野、検査装置の分野等、波長可変光源を適用できる各分野で利用できる。
【符号の説明】
【００９２】
３０１ 光増幅媒体
３０４ 波長分散を有する導波路
３０５ 共振器
３５０ 第一の光源装置
３６０ 第二の光源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置と、を具備した波長可変光源装置であって、前記変調光により前記発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御するとともに、前記変調光のパルス幅が、該変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つことを特徴とする波長可変光源装置。
【請求項２】
前記変調光のパルス幅を定義する強度の極大値の半値における強度曲線の傾きが、前記駆動信号の強度の極大値の半値における強度曲線の傾きよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項３】
前記第二の光源装置が、利得スイッチング半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項４】
前記第二の光源装置が、波長可変半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項５】
前記第二の光源装置に制御光を導入することを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項６】
前記制御光が、第三の光源装置である波長可変レーザからの連続光もしくはパルス光であることを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源装置。
【請求項７】
前記第二の光源装置で発生した光の一部を取り出す分岐手段と、該取り出した一部の光に遅延を与える遅延経路と、該取り出した一部の光を前記第二の光源装置へ導入する手段と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源装置。
【請求項８】
前記第二の光源装置に導入する前記制御光が、前記第二の光源装置で発生した光の一部をフィードバックさせた光であることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源装置。
【請求項９】
前記第一の光源装置より前記発振波長を有する光の一部を取り出す分岐手段と、該取り出した一部の光に遅延を与える遅延経路と、該取り出した一部の光を前記第二の光源装置へ導入する手段と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源装置。
【請求項１０】
前記第二の光源装置に導入する前記制御光が、前記第一の光源装置で発生した光の一部をフィードバックさせた光であることを特徴とする請求項９に記載の波長可変光源装置。
【請求項１１】
前記波長分散を有する導波路が、光ファイバで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項１２】
前記第一の光源装置の光増幅媒体が、半導体光増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の波長可変光源装置を用いた光源部と、前記光源部からの光を検体に照射し、該検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、前記光源部からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、前記検体測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、を有することを特徴とする光断層撮像装置。
【請求項１】
光を増幅させる光増幅媒体と波長分散を有する導波路とを共振器内に備えた発振波長を変化可能な第一の光源装置と、前記導波路に接続され変調光としてパルス光を前記第一の光源装置に導入する第二の光源装置と、を具備した波長可変光源装置であって、前記変調光により前記発振波長を相互利得変調による能動モード同期によって制御するとともに、前記変調光のパルス幅が、該変調光を発生させる駆動信号の半周期の時間幅よりも狭い時間幅を持つことを特徴とする波長可変光源装置。
【請求項２】
前記変調光のパルス幅を定義する強度の極大値の半値における強度曲線の傾きが、前記駆動信号の強度の極大値の半値における強度曲線の傾きよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項３】
前記第二の光源装置が、利得スイッチング半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項４】
前記第二の光源装置が、波長可変半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項５】
前記第二の光源装置に制御光を導入することを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項６】
前記制御光が、第三の光源装置である波長可変レーザからの連続光もしくはパルス光であることを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源装置。
【請求項７】
前記第二の光源装置で発生した光の一部を取り出す分岐手段と、該取り出した一部の光に遅延を与える遅延経路と、該取り出した一部の光を前記第二の光源装置へ導入する手段と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源装置。
【請求項８】
前記第二の光源装置に導入する前記制御光が、前記第二の光源装置で発生した光の一部をフィードバックさせた光であることを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源装置。
【請求項９】
前記第一の光源装置より前記発振波長を有する光の一部を取り出す分岐手段と、該取り出した一部の光に遅延を与える遅延経路と、該取り出した一部の光を前記第二の光源装置へ導入する手段と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源装置。
【請求項１０】
前記第二の光源装置に導入する前記制御光が、前記第一の光源装置で発生した光の一部をフィードバックさせた光であることを特徴とする請求項９に記載の波長可変光源装置。
【請求項１１】
前記波長分散を有する導波路が、光ファイバで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項１２】
前記第一の光源装置の光増幅媒体が、半導体光増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の波長可変光源装置を用いた光源部と、前記光源部からの光を検体に照射し、該検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、前記光源部からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、前記検体測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、を有することを特徴とする光断層撮像装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１４５４０２（Ｐ２０１１−１４５４０２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１８２（Ｐ２０１０−５１８２）
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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