(57)【要約】      （修正有）【課題】複屈折板を２枚構成とした複屈折フィルタにおいて、サブピークの透過率を抑制し、波長可変範囲を拡張することが可能な波長可変レーザを提供する。【解決手段】高反射ミラー１０４と部分反射ミラー１０５とで構成される共振器と、前記共振器内に配置された利得媒体１０９および複屈折フィルタ１０１と、前記利得媒体を励起する励起装置１１０と、を備え、前記複屈折フィルタを透過する光が前記高反射ミラーと前記部分反射ミラーとの間で発振し、前記複屈折フィルタを回転させることにより発振波長が切り替わるように構成された波長可変レーザであって、前記複屈折フィルタは、その光学面に平行な電気的主軸を持つ、第１複屈折板１０２１および第２複屈折板１０２２の２枚で構成されており、前記第１の複屈折板の電気的主軸と前記第２の複屈折板の電気的主軸との成す角の絶対値が０より大きい構成とされている。【選択図】図１
2014150243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高反射ミラーと部分反射ミラーとで構成される共振器と、前記共振器内に配置された利得媒体および複屈折フィルタと、前記利得媒体を励起する励起装置と、を備え、
前記複屈折フィルタを透過する光が前記高反射ミラーと前記部分反射ミラーとの間で発振し、
前記複屈折フィルタを回転させることにより発振波長が切り替わるように構成された波長可変レーザであって、
前記複屈折フィルタは、その光学面に平行な電気的主軸を持つ、第１複屈折板および第２複屈折板の２枚で構成されており、
前記第１の複屈折板の電気的主軸と前記第２の複屈折板の電気的主軸との成す角の絶対値が０より大きいことを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】
前記第１の複屈折板の電気的主軸と前記第２の複屈折板の電気的主軸との成す角を０とした場合の前記複屈折フィルタの透過スペクトルにおいて、最も透過率の高いピークをメインピーク、２番目に透過率の高いピークをサブピークとし、
前記メインピークでの前記利得媒体の誘導放出断面積をσｍａｉｎ、前記サブピークでの前記利得媒体の誘導放出断面積をσｓｕｂとするとき、
複数のサブピークのうち（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎの値が最も大きくなるサブピークの透過率が減少する方向に、前記第１の複屈折板と前記第２の複屈折板との電気的主軸とがずれていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項３】
前記（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最大となるサブピークにおいて、
前記サブピークの透過率をＴｓｕｂとし、前記メインピークの透過率をＴｍａｉｎとし、前記部分反射ミラーの反射率をＲとするとき、
ｌｎ（１／Ｒ）×（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／２σｍａｉｎ
＜ｌｎ（Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ）
の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の波長可変レーザ。
【請求項４】
前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との電気的主軸のずれ角をΔφとするとき、
０°＜Δφ≦６°または−６°≦Δφ＜０°
の関係を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項５】
前記複屈折フィルタの光学面の法線と前記ビームの光軸との成す角である挿入角をθとし、前記複屈折フィルタのブリュースタ角をθＢとするとき、
４２°≦θ＜θＢ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項６】
前記第２複屈折板の厚さは、前記第１複屈折板の厚さの約２倍であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項７】
前記第１複屈折板の厚さをｄ、ｎを２以上の整数とするとき、
前記第２複屈折板の厚さｄ2が、
（ｎ―１／４ｎ）×ｄ≦ｄ2≦（ｎ＋１／４ｎ）×ｄ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項８】
前記利得媒体が、アレキサンドライト結晶またはチタンサファイア結晶であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項９】
前記利得媒体がアレキサンドライト結晶であり、前記ずれ角Δφが、
５°≧｜Δφ｜≧１°
の関係を満たすことを特徴とする請求１から８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項１０】
前記ずれ角Δφを調整する調整機構を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項１１】
被検体に光を照射して光音響波を発生させる光源と、前記光音響波を検出する探触子と、を備える光音響装置であって、前記光源が請求項１から１０のいずれか１項に記載の波長可変レーザであることを特徴とする光音響装置。
【請求項１２】
前記波長可変レーザの利得媒体がアレキサンドライト結晶であることを特徴とする請求項１１に記載の光音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複屈折フィルタを用いた波長可変レーザおよびそれを用いた光音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長可変レーザ光源は、医用・計測など幅広い分野で応用されており、盛んに研究が推し進められている。例えば、光音響トモグラフィ（ＰＡＴ）は、水での吸収が少ない波長帯７００−９００ｎｍの光を生体に照射し、光の生体内物質での吸収に伴って発生する音波を検出することによって、光の吸収分布、即ち生体内物資の分布を画像化することができる。波長可変レーザ光源として、所望の波長帯に誘導放出断面積を有する利得媒体を備え、複屈折フィルタにより発振波長を切り替える構成が知られている。
【０００３】
図１１は、従来の複屈折フィルタを用いた波長可変レーザ光源の構成を説明する模式図である。部分反射ミラー１０５と高反射ミラー１０４とが共振器を構成しており、励起装置１１０によって励起された利得媒体１０９から放出された光の一部が、この共振器と利得媒体１０９とによって発振される。発振された光（ビーム）の一部は、部分透過ミラーを透過し出力として外部に取り出される。
【０００４】
複屈折フィルタは、結晶の電気的主軸（屈折楕円体の主軸）が一致するように、平行に重ねた１枚または複数枚の複屈折板により構成されており、ビームの光軸１０７と複屈折フィルタの法線との成す角（挿入角）θが、複屈折板のブリュースタ角θBと一致するように設置されている。
このとき、複屈折板表面でのｐ偏光１０６の光の反射はゼロとなることから、複屈折フィルタの透過ピークにおいて、複屈折フィルタを透過するｐ偏光１０６（図１１の紙面平行方向）の透過率は約１（１００％）となる。一方、ｓ偏光の光は複屈折板の表面で反射を受けるため、ｐ偏光１０６の光よりも反射による損失が大きく、実質的に発振に寄与しない。
以下の説明では、複屈折フィルタにｐ偏光で入射する光（電場強度Ｅｐｉｎ）、およびその透過光成分のうちｐ偏光で透過する成分（電場強度Ｅｐｏｕｔ）のみを考慮する。
複屈折フィルタの透過率および透過スペクトルは、電場強度の比（Ｅｐｏｕｔ）2／（Ｅｐｉｎ）2で定義し、複屈折フィルタの透過スペクトルにおいて、透過率が約１となるピークを透過ピークと呼ぶ。
発振波長の切り替えは、複屈折フィルタの透過ピークの波長を変えることによって行う。具体的には、複屈折フィルタを複屈折フィルタの光学面に対する法線周りに回転（図１１の回転角φ）して透過ピークの波長をシフトさせる。図１１の構成においては、シフトさせた透過ピークの透過率は１を保つことができる。複屈折フィルタの構成および発振波長の切り替え方法は、非特許文献１および特許文献１にその詳細が記載されている。
【０００５】
図１２および図１３は、波長可変レーザ光源に好適な複屈折板の枚数を説明するための図である。
図１２は、１枚の複屈折板からなる複屈折フィルタの透過スペクトルである。透過スペクトルは、透過率が１となるピークを複数有しており、透過ピークの間隔Δλは複屈折板の厚さｄにほぼ反比例し、透過ピークの半値幅δλは約Δλ／２となる。一般に複屈折板の厚さｄは、Δλが波長可変範囲の幅よりも大きくなるように選ばれるため、透過ピークの半値幅δλは、波長可変範囲の幅の半分よりも広くなる。
ところで、波長可変レーザ光源においては、発振波長を安定させるため、透過ピークの半値幅δλが波長可変範囲よりも十分に狭いことが必要である。従って、図１３に示した１
枚の複屈折板からなる構成では、安定した発振波長を得ることができない。
【０００６】
図１３は、複屈折板の枚数を２、３、４枚と増した場合の複屈折フィルタの透過スペクトルである。２、３、４枚目の複屈折板の厚さは、それぞれ最も薄い複屈折板の厚さｄの２、３、４倍となっている。このような構成において、透過ピークの間隔Δλは最も薄い複屈折板の厚さｄにほぼ反比例する。
２枚構成の場合、透過ピークの幅δλは、透過ピークの間隔Δλの約１／６となる。従って、透過ピークの間隔Δλが波長可変範囲の幅よりも広く、且つ透過ピークの幅δλが波長可変範囲の幅よりも十分に狭くなるように複屈折板の厚さｄを選ぶことができ、安定した発振切り替えが可能となる。図１３で示すように、複屈折板の数を増すと、透過ピークの幅δλをさらに狭くすることができる。
ところが、複屈折板の結晶主軸の調整はその枚数が増すほど難しく、複屈折板の製造コストもかかってしまう。そこで、発振したビームのスペクトル幅によらず、安定した波長切り替えが重要視される波長可変レーザ光源においては、２枚の複屈折板で複屈折フィルタを構成することが好まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２―２３２０４７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊｏｈｎ  Ｗ．ＥＶＥＮＳ、“Ｔｈｅ  ＢｉｒｅｆｒｅｎｇｅｎｔＦｉｌｔｅｒ”、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ、Ｖｏｌ．３９、  Ｉｓｓｕｅ  ３、ｐｐ．２２９−２３７（１９４９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
製造コストと安定した波長切り替えを考慮して電気的主軸が互いにずれないよう重ねて配置した２枚の複屈折板で構成される複屈折フィルタを用いる構成について考える。
図１３に示したように、透過ピークの間に現れる、透過率が２番目に高いピーク（以下、サブピークと呼ぶ）の透過率が増加する。このような透過率の高いサブピークは、不必要な発振を引き起こし、波長可変範囲を制限する。
以下、図１５を参照しながら、この課題について説明する。
図１４（ａ）（ｂ）には、複屈折板の枚数を２枚構成とした複屈折フィルタの透過スペクトル、利得媒体の誘導放出断面積の波長依存、および発振したビームのスペクトル（発振スペクトル）が描かれている。（ａ）と（ｂ）とは、複屈折フィルタの回転角φが異なっており、透過ピークが互いにシフトしている。これら複屈折フィルタの透過スペクトルは、透過率が１の透過ピークと、透過ピーク間に現れるサブピークとを有している。
或る波長において、利得媒体の利得と共振器の損失とが釣り合い、発振が起こるのに必要な閾値励起電子密度Ｎｔｈは、次の式（１）で求められる。
２×σ×Ｎｔｈ  ×Ｌ  ＝ｌｎ  （１／Ｒ）＋２×ｌｎ（１／Ｔ）      （１）
ここで、その波長での誘導放出断面積をσ、利得媒体の長さをＬ、部分透過ミラーの透過率をＲ、複屈折フィルタの透過率をＴとしている。
図１４（ａ）では、透過ピークは誘導放出断面積σが比較的高い波長λ１に位置している。この場合、波長λ１での閾値励起電子密度Ｎｔｈが最も小さくなり、励起する電子が増すとλ１において発振が生じる。一般に、或る透過ピークで発振が生じると励起電子密度Ｎは一定値に保たれるため、他の透過ピークでの発振は生じない。よって、図１４（ａ）
では、波長λ１の光を選択的に発振させることができる。
一方、図１４（ｂ）では、複屈折フィルタを回転させることにより、透過ピークの波長がλ１からλ２（λ１＜λ２）へとシフトしている。このとき、サブピークは波長λ３（λ３＜λ１）に移動する。以下、透過ピークの透過率をＴｍａｉｎ、サブピークの透過率をＴｓｕｂ、波長λ２の誘導放出断面積をσ（λ２）、波長λ３での誘導放出断面積をσ（λ３）と表す。式（１）で求められる波長λ２およびλ３での閾値励起電子密度を、それぞれＮｔｈ（λ２）およびＮｔｈ（λ３）とする。
【００１０】
式（１）より、σ（λ３）がσ（λ２）より十分大きければ、Ｎｔｈ（λ３）＜Ｎｔｈ（λ２）となり得ることが分かる。これは、透過ピークではなくサブピークの波長λ３で発振が生じることを意味する。
このサブピークでの発振は、λ２に位置する透過ピークでの発振を妨げ、波長可変範囲に制限を与える。
以上のように、２枚の複屈折板で構成される複屈折フィルタは、サブピークにおける透過率が比較的高い透過スペクトルを有するため、サブピークの波長での発振が生じ易く、波長可変範囲が制限されるという課題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、２枚の複屈折板から構成される複屈折フィルタにおいて、サブピークの透過率を抑制し、波長可変範囲を拡張することが可能となる波長可変レーザおよびそれを用いた光音響装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の波長可変レーザは、高反射ミラーと部分反射ミラーとで構成される共振器と、前記共振器内に配置された利得媒体および複屈折フィルタと、前記利得媒体を励起する励起装置と、を備え、
前記複屈折フィルタを透過する光が前記高反射ミラーと前記部分反射ミラーとの間で発振し、
前記複屈折フィルタを回転させることにより発振波長が切り替わるように構成された波長可変レーザであって、
前記複屈折フィルタは、その光学面に平行な電気的主軸を有する、第１複屈折板および第２複屈折板の２枚で構成されており、
前記第１の複屈折板の電気的主軸と前記第２の複屈折板の電気的主軸との成す角の絶対値が０より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複屈折板を２枚構成とした複屈折フィルタにおいて、サブピークの透過率を抑制し、波長可変範囲を拡張することが可能となる波長可変レーザおよびそれを用いた光音響装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１、２における波長可変レーザの構成例を説明する模式図。
【図２】本発明の実施形態１にかかる複屈折フィルタの透過スペクトルおよび利得媒体の誘導放出断面積σを示す図。
【図３】本発明の実施形態１にかかる複屈折フィルタのずれ角Δφを変えたときの透過スペクトル（ａ）および透過率の比（ｂ）を示す図。
【図４】比較例の発振スペクトル（ａ−１、ａ−２）、複屈折フィルタの透過スペクトル（ｂ）および利得媒体の誘導放出断面積（ｃ）を示す図。
【図５】本発明の実施形態１の波長可変レーザにおける（ａ）発振スペクトル、（ｂ）複屈折フィルタの透過スペクトル、（ｃ）利得媒体の誘導放出断面積を示す図。
【図６】本発明の実施形態２において（ａ）は挿入角θを変えたときの透過スペクトル、（ｂ）は透過ピークとサブピークの透過率の比を示す図。
【図７】２枚の複屈折板の電気的主軸を一致させ、挿入角θを変えたときの透過スペクトルを示す図。
【図８】本発明の実施形態２における波長可変アレキサンドライトレーザの発振スペクトルを説明する図であり、（ａ）は発振スペクトル、（ｂ）は複屈折フィルタの透過スペクトル、（ｃ）は利得媒体の誘導放出断面積を示す図。
【図９】本発明の実施形態２における透過スペクトルを説明する図。
【図１０】本発明の実施形態２における複屈折板の厚さの許容公差を説明する図。
【図１１】従来例における複屈折フィルタを用いた波長可変レーザの構成を説明する模式図。
【図１２】１枚の複屈折板からなる複屈折フィルタの透過スペクトル。
【図１３】複屈折フィルタの複屈折板の枚数を変えた場合の複屈折フィルタの透過スペクトルを示す図。
【図１４】本発明の課題を説明する図。
【図１５】本発明にかかる光音響装置の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態における波長可変レーザによれば、２枚の複屈折板から構成される複屈折フィルタにおいて、
複屈折フィルタの透過ピークおよびサブピークの誘導放出断面積をσｍａｉｎおよびσｓｕｂとするとき、複数のサブピークのうち（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最も大きくなるサブピークの透過率Ｔｓｕｂが減少するように、第１の複屈折板と第２の複屈折板との電気的主軸をずらすことにより、波長可変範囲を拡張することが可能となる波長可変レーザを構成することができる。
以下、本実施形態の波長可変レーザを、図を用いて説明する。
【００１６】
［実施形態１］
実施形態１の波長可変レーザの構成例を、図１を用いて説明する。
図１（ａ）は本実施形態の波長可変レーザの概要を示している。本実施形態の波長可変レーザは、高反射ミラー１０４と反射率Ｒを有する部分反射ミラー１０５とによる共振器と、前記共振器内に利得媒体１０９、利得媒体を励起する励起装置１１０、および複屈折フィルタ１０１を備えている。そして、前記高反射ミラーと部分反射ミラーとの間を伝搬し、前記複屈折フィルタを透過するビームが発振する。
ここで、高反射ミラーとは、光源から出射する波長域の光に対して９８％以上、より好ましくは９９．５％以上の反射率を有するミラーをいう。また、部分反射ミラーとは、光源から出射する波長域の光に対して５０％以上９０％以下、より好ましくは５０％以上７０％の反射率を有するミラーをいう。
複屈折フィルタは、第１複屈折板１０２１と第２複屈折板１０２２とで構成されている。図１（ｂ）は、複屈折フィルタ１０１を、その光学面の法線（図１（ａ）の点線で示した方向）方向から見た図である。それぞれの複屈折板の電気的主軸１０３１、１０３２は、複屈折板の光学面内に沿った方向を向いている。以下、図１（ｂ）において、ｚ軸方向と第１複屈折板の電気的主軸１０３１とのなす角をφ１、ｚ軸方向と第２の複屈折板の電気的主軸１０３２とのなす角をφ２と表す。
第１複屈折板と第２複屈折板とは、互いの電気的主軸がずれ角Δφだけずれるように重ねられている。ここで、ずれ角Δφは、第１の複屈折板の回転角φ１と第２の複屈折板の回転角φ２との差（Δφ＝φ２−φ１）で定義され、負の値をとり得る。
複屈折フィルタは、その光学面の法線とビームの光軸との成す角（挿入角θ）がブリュースタ角θＢとなるように光軸上に挿入されている。例えば、複屈折板が水晶で作られており、アレキサンドライト結晶を利得媒体として用いている場合、発振波長は７００−８５０ｎｍであり、そのときの水晶のブリュースタ角は約５７°である。
複屈折フィルタは、第１複屈折板および第２屈折板を一体としてあるいは個別に回転させる回転機構に設置されている。複屈折フィルタの回転角φは、ｚ軸から第１複屈折板の電気的主軸をずらす方向に４５°回転した軸と、第１複屈折板の電気的主軸と第２複屈折板の電気的主軸との２等分線との成す角により定義される。
【００１７】
図３（ａ）は、厚さｄと２ｄの２枚の複屈折板で構成される複屈折フィルタにおいて、ｄ＝０．７６２ｍｍとし、ずれ角Δφを−２°、０°、＋２°と変化させたときの透過スペクトルを示す。
透過ピーク（メインピーク）の間に現れる２本のサブピークを、長波長側よりサブピーク１およびサブピーク２と呼ぶ。
図３（ｂ）は、透過ピークの透過率Ｔｍａｉｎに対する、サブピーク１の透過率Ｔｓｕｂ１およびサブピーク２の透過率Ｔｓｕｂ２の比とずれ角Δφとの関係を示す図である。
図３から分かるように、サブピーク１またはサブピーク２の透過率は、ずれ角Δφを正または負とすることにより減少する。つまり、ずれ角Δφを正または負とすることにより、透過率の比Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ１またはＴｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ２を増加させることができる。
サブピーク１、サブピーク２および透過ピークは、それぞれ異なる透過率と誘導放出断面積とを持っており、それらピークの波長の内、最も小さい閾値励起電子密度Ｎｔｈをもったものが選択的に発振する。
式（１）より、あるサブピークと透過ピークとの内、透過ピークの閾値励起電子密度Ｎｔｈの方が小さくなる条件は、以下の式（２）で表される。
ｌｎ（１／Ｒ）×（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／２σｍａｉｎ
＜ｌｎ（Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ）          （２）
ここで、Ｒは部分反射ミラーの反射率、σｓｕｂとσｍａｉｎはそれぞれサブピークと透過ピーク（メインピーク）の誘導放出断面積である。
式（２）は、σｓｕｂがσｍａｉｎよりも大きくなり、従来の構成では発振できなかった透過ピークの波長においても、Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂを上昇させることにより発振が可能となることを表している。すなわち、複数のサブピークのうち（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最大となるサブピークの透過率Ｔｓｕｂを減少させるように電気的主軸をずらせば、波長可変範囲を拡張可能とすることができ、従来発振が困難であった波長での発振が可能となる。
図３より、ずれ角Δφを０°＜Δφ≦６°または−６°≦Δφ＜０°とするとき、Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ１またはＴｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ２の値がΔφ＝０°のときの値よりも大きくなり、本発明の効果を得ることができる。なお、図３（ｂ）に示した透過率スペクトルの比は屈折板の厚さｄに依存しないことが、シミュレーションで確認されている。
【００１８】
図２（ａ）は、本実施形態における複屈折フィルタの透過スペクトル、図２（ｂ）は利得媒体の誘導放出断面積σを示す図である。
図２（ａ）に示した複屈折フィルタの透過スペクトルは、第１複屈折板と第２複屈折板の厚さを、それぞれ０．７６２ｍｍと１．５２４ｍｍとし、電気的主軸のずれ角をΔφ＝２°として計算したものである。透過スペクトルには、透過率がほぼ１の透過ピーク（メインピーク）と、その間に長波長側よりサブピーク１およびサブピーク２の２本のサブピークが現れる。
前述したように、これら透過ピークおよびサブピークの波長は、複屈折フィルタを回転させることにより相対的にシフトすることができる。さらに、サブピーク１の透過率Ｔｓｕｂ１およびサブピーク２の透過率Ｔｓｕｂ２とは、第１複屈折板の電気的主軸と第２複屈折板の電気的主軸とをずらすことにより減少させることができる。
【００１９】
図２では、ずれ角をΔφ＝２°としたことにより、サブピーク１の透過率が減少している。
図２の利得媒体と、第１複屈折板と第２複屈折板との電気的主軸が一致する従来の複屈折フィルタとを組み合わせた波長可変レーザの場合、透過ピークがλ１を超えるとサブピーク１の波長で発振が生じてしまう。従って、波長可変範囲は破線矢印で示したλ１以下の範囲となる。しかし、図２に示した本発明の実施形態では、（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎの値が最大値をとるサブピーク１の透過率を減少させるように、第１複屈折板の電気的主軸と第２複屈折板の電気的主軸とを互いにずらして配置している。このような波長可変レーザの場合、透過ピークの波長λ２での発振が可能となり、波長可変範囲をλ２まで拡張することができる。
図２に示した例では、サブピーク１において（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最大値をとる。したがって、Δφが正となるように電気的主軸をずらしてサブピーク１の発振を抑えることにより、従来の構成では発振が困難であった波長λ２での発振が可能となる。
【００２０】
一方、（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎがサブピーク２において最大値をとる場合、Δφが負となるように電気的主軸をずらすことによってサブピーク２の不要な発振を抑え、波長可変範囲を拡張することができる。
つまり、透過ピークが波長可変範囲の端に位置するとき、（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最大となるサブピークの透過率が減少するように複屈折板の電気的主軸をずらせば、波長可変範囲を拡張することができる。
【００２１】
以下、実験データを参照しながら、本発明の実施形態１を具体的に説明する。
まず、比較例として、複屈折フィルタを構成する第１複屈折板と第２複屈折板とが、それぞれ水晶板からなり、光学面と平行となる電気的主軸が互いに一致（ずれ角Δφ＝０）するように重ねられ、固定された、波長可変レーザについて説明する。
図４の（ａ−１）と（ａ−２）とは、アレキサンドライト結晶を利得媒体とする従来の波長可変アレキサンライトレーザの発振スペクトルである。（ａ−１）と（ａ−２）とは、複屈折フィルタの回転角φが異なっている。この波長可変アレキサンドライトレーザは医用計測に使用するためのものであり、およそ７４０−８００ｎｍの範囲で波長が可変できることが望まれる。
波長可変範囲において、高反射ミラーの反射率は０．９９％以上、部分反射ミラーの反射率は約０．７％であり、両者は前記利得媒体を間に挟んで約４５ｃｍ離れて対面している。
第１複屈折板と第２複屈折板の厚さは、それぞれ０．７６２ｍｍと１．５２４ｍｍであり、複屈折フィルタは、レーザの光軸と結晶面の法線とがブリュースタ角を成すように、利得媒体と部分反射ミラーとの間に挿入されている。波長可変範囲における水晶のブリュースタ角θＢは５７°である。
このとき透過ピークの波長間隔は約９０ｎｍであり、波長可変範囲の幅（約６０ｎｍ）よりも広い。
【００２２】
図４（ｂ）は、この複屈折フィルタの透過スペクトルを示し、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示した波長域におけるアレキサンドライト結晶の誘導放出断面積である。
透過ピークを長波長側にシフトさせると、サブピーク１と透過ピークとの誘導放出断面積の差σｓｕｂ−σｍａｉｎが増加する。
図４（ａ−１）で示すように、従来の構成では、複屈折フィルタの回転角φを調整することにより、波長７８６ｎｍでの発振が観測された。しかし、それより長い波長、たとえば図４（ａ−２）で示すように、７８７ｎｍに透過ピークが位置するように回転角φを調整すると、サブピーク１の波長７６０ｎｍでの発振が生じた。すなわち、従来の形態における波長可変範囲は７８６ｎｍ以下であった。
【００２３】
続いて本実施形態にかかる波長可変レーザを説明する。
図５に、アレキサンドライト結晶を利得媒体として用いた波長可変レーザの発振スペクトルを示す。７８６ｎｍ以上の波長では、サブピーク１と透過ピークとの間で、（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最も大きくなる。
よって、本実施形態においては、サブピーク１の透過率が減少するように電気的主軸をずらした。ずれ角は、Δφ＝２°とした。このとき、サブピーク１の透過率が減少して透過ピークとの透過率の比Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂが上昇し、波長可変範囲の長波長端を７９０ｎｍまで拡張することができた。
【００２４】
以上の説明では、ずれ角をΔφ＝２°とした場合の実験結果を示したが、本発明の効果はより小さいずれ角Δφでも得られる。
例えば、アレキサンドライト結晶を利得媒体として用い、波長可変範囲がおおよそ７４０−８００ｎｍである波長可変レーザを設計する場合、誘導放出断面積の差は（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎ≦０．８である。
部分反射ミラーの反射率をＲ≧０．５とすると、Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ＞１．３２であれは式（２）の関係がみたされる。図３より、Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ＞１．３２を満たす、ずれ角は５°≧｜Δφ｜≧１°である（図３の黒矢印で示されているずれ角Δφの範囲）。
本実施形態では、波長可変範囲がおおよそ７４０−８００ｎｍとなる場合において説明したが、波長可変範囲は他の波長範囲であってもよい。
例えば、アレキサンドライト結晶を利得媒体として用い、波長可変範囲として約７２０−６７０ｎｍを所望する場合、波長可変範囲の端で（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最大となるサブピークはサブピーク２である。よって、サブピーク２の透過率が低減するように、例えばずれ角をΔφ＝−３°で２枚の複屈折板の電気的主軸をずらすことにより、波長可変範囲を拡張することができる。
【００２５】
［実施形態２］
実施形態２として、複屈折フィルタの挿入角がブリュースタ角ではない点で、実施形態１とは異なる形態の波長可変レーザの構成例を図１を用いて説明する。実施形態１と重複する説明は適宜省略する。
図１において、複屈折フィルタは、その光学面の法線とビームの光軸１０７との成す角（挿入角θ）がブリュースタ角θＢより小さくなるように光軸上に挿入されている。
例えば、複屈折板が水晶で作られており、アレキサンドライト結晶を利得媒体として用いている場合、発振波長は７００−８５０ｎｍであり、そのときの水晶のブリュースタ角は約５７°である。この場合、挿入角θはθ＜５７°とする。
【００２６】
図６（ａ）は、第１複屈折板の電気的主軸と第２複屈折板の電気的主軸とのずれ角Δφ＝４°とし、挿入角θを５７°（＝θＢ）、５０°、４５°と変化させたときの透過スペクトルを示す図である。
図６（ｂ）は、Δφ＝４°における、透過ピークとサブピーク１の透過率の比Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ１と挿入角θとの関係を示すグラフである。透過率の比Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ１は、挿入角θがブリュースタ角よりも小さい４２°≦θ＜θＢの範囲において、上昇することが分かる。
比較例として、図７に、第１複屈折板と第２複屈折板の電気的主軸を一致させ、挿入角θを変化させたときの透過スペクトルを示す。比較し易いように、透過スペクトルは透過ピークの透過率Ｔｍａｉｎで規格化されている。図７で示すように、電気的主軸が一致している場合、挿入角θを変えてもＴｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ１およびＴｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ２に変化は見られない。
一方、第１複屈折板と第２複屈折板の電気的主軸をΔφ＝−４°でずらした場合、図６（
ｂ）で示されるように、挿入角θが小さくなると透過ピークとサブピーク２との比Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ２は上昇する。
より一般には、あるサブピークの透過率が下がるように電気的主軸をずらした複屈折フィルタを、ブリュースタ角より小さい挿入角で光軸上に挿入することによって、そのサブピークのＴｍａｉｎ／Ｔｓｕｂをさらに上昇させることができる。したがって、実施形態２では、波長可変範囲の端において、（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最大値をとるサブピークの透過率が減少するように電気的主軸をずらし、且つ、複屈折フィルタの挿入角を４２°≦θ＜θＢの範囲とすることにより、波長可変範囲をさらに拡張することができる。
【００２７】
以下、図８を参照しながら、本実施形態にかかる波長可変レーザを具体的に説明する。本実施例における波長可変レーザはアレキサンドライト波長可変レーザであり、実施形態１と同様の７４０〜８００ｎｍ程度の波長可変範囲が望まれる。
波長可変範囲において、高反射ミラーの反射率は０．９９％以上、部分反射ミラーの反射率は約０．７％であり、両者は前記利得媒体を挟んで約４５ｃｍ離れて対面している。
複屈折フィルタは、光学面と平行となる電気的主軸をもつ水晶板からなる、第１複屈折板と第２複屈折板とで構成されている。
第１複屈折板と第２複屈折板の厚さは、それぞれ０．７６２ｍｍと１．５２４ｍｍである。このとき波長可変範囲近傍における透過ピークの間隔は約９０ｎｍであり、波長可変帯の幅（約６０ｎｍ）よりも広い。
図８（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ複屈折フィルタの透過スペクトル、アレキサンドライト結晶の誘導放出断面積を示す。波長可変範囲の端の波長の約８００ｎｍに透過ピークが位置するとき、サブピーク１で（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが最も大きくなる。よって、本実施例においては、サブピーク１の透過率が減少するように電気的主軸をずれ角Δφ＝３°でずらしている。
また、複屈折フィルタは、その挿入角θがブリュースタ角よりも小さくなるように、利得媒体と部分反射ミラーとの間に挿入されている。図８では、波長可変範囲における水晶のブリュースタ角θＢは５７°であるのに対し、複屈折フィルタの挿入角はθ＝５０°とした。
図８（ａ）は、波長可変アレキサンドライトレーザの発振スペクトルである。図６を用いて説明したように、複屈折フィルタの挿入角をθ＝５０°とすることで、挿入角がθＢの時よりも透過ピークとサブピーク１との透過率の比Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂ１をさらに上昇させることができる。その結果、波長可変範囲を長波長側に７９６ｎｍにまで拡張することができた。
【００２８】
以上では、波長可変範囲の端が８００ｎｍとなる場合において説明したが、波長可変範囲は他の波長範囲であってもよい。
例えば、アレキサンドライト結晶を利得媒体とし、波長可変範囲を約７２０−７６０ｎｍとする波長可変レーザを設計する場合を考える。このとき波長可変範囲の端、波長約７２０ｎｍにおいて、サブピーク２が（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎの最大値をとる。よって、サブピーク２の透過率が下がるように、例えばΔφ＝−３°となるように複屈折板の電気的主軸をずらし、且つ、複屈折フィルタの挿入角θをブリュースタ角よりも小さくすることにより、波長可変範囲を短波長側にさらに拡張することができる。
【００２９】
また、以上の実施形態の説明では、第２複屈折板の厚さを第１複屈折板の厚さの約２倍としたが、複屈折板１の厚さの整数倍であれば本発明の効果を得ることができる。
図９（ａ）は、第２複屈折板の厚さを第１複屈折板の厚さの約３倍とし、Δφ＝０°で重ね合わせた場合の透過スペクトルを示す図である。
図９（ａ）の透過スペクトルにおいて、透過率が１００％となる透過ピーク（黒矢印）と、２番目に透過率が高いサブピーク（白矢印）とを見出すことができる。
図９（ｂ）は、第２複屈折板の厚さが第１複屈折板の厚さの３倍であり、ずれ角をΔφ＝１°としたときの、透過スペクトルである。
実施形態１および実施形態２と同様に、第２複屈折板の電気的主軸と第１複屈折板の電気的主軸との間に、ずれ角Δφを与えることにより、サブピーク１の透過率を減少させることができる。さらに、複屈折フィルタの挿入角θをブリュースタ角よりも小さくすることにより透過率の比Ｔｍａｉｎ／Ｔｓｕｂを増加させ、波長可変範囲をさらに拡張することができる。
一般には、第２複屈折板の厚さが第１複屈折板の厚さの２倍以上とすると、サブピークの透過率が上昇する。よって、波長可変範囲を拡張するためには、第２複屈折板の厚さを第１複屈折板の厚さの２倍とすることが望ましい。
【００３０】
以上、第２複屈折板の厚さは第１複屈折板の厚さの整数倍であるとしたが、複屈折板の厚さに公差がある場合でも、透過ピークおよびサブピークを有効に見出せる場合、本発明を実施することができる。
図１０（ａ）は、第２複屈折板の厚さが第１複屈折板の厚さの２．２倍である場合の、複屈折フィルタの透過スペクトルである。
第２の複屈折板の厚さが２倍であるときと同様に、透過ピーク（黒矢印）とサブピーク（白矢印）とを見出すことができる。
図１０（ｂ）は、第２複屈折板の厚さが第１複屈折板の厚さｄのｎ＋δｎ倍（ｎは２以上の整数）としたときの、第１複屈折板の透過スペクトル１００１および第２複屈折板の透過スペクトル１００２の一例である。
一般に、第１および第２複屈折板の透過ピークの波長間隔はそれぞれΔＴ１∝１／ｄ、ΔＴ２∝１／ｄ（ｎ＋δｎ）と表される。
また、図１０（ｂ）で示すように、第１複屈折板と第２複屈折板の透過スペクトルのピークのずれは｜ΔＴ１−ｎ×ΔＴ２｜となる。
δｎ＝０のとき、｜ΔＴ１−ｎ×ΔＴ２｜＝０となり、複屈折フィルタの透過ピークの透過率は１となる。図１０（ｂ）より、ピークずれ｜ΔＴ１−ｎ×ΔＴ２｜が第２複屈折板の透過ピークの半値幅ΔＴ２／２の半分、すなわち約ΔＴ２／４以下であるとき、複屈折板の透過スペクトルのピークはほぼ一致していると見なすことができる。
すなわち、第２複屈折板の公差δｎ／ｎが、δｎ／ｎ＜１／４ｎを満たすとき、複屈折フィルタの透過ピークとサブピークとを見出すことができる。
したがって、第１複屈折板の厚さをｄ、ｎを２以上の整数とするとき、
前記第２複屈折板の厚さｄ２が、
（ｎ―１／４ｎ）×ｄ≦ｄ２≦（ｎ＋１／４ｎ）×ｄ
を満たすとき、第２複屈折板の厚さは第１複屈折板の厚さの約整数倍であると見なされ、本発明の効果を得ることができる。
この許容公差は、ｎ＝２のとき１／４ｎ＝０．１２５（１２．５％）以下、ｎ＝３のとき１／４ｎ＝０．０８３（８．３％）以下である。
【００３１】
また、上記の実施形態は、波長可変範囲の１つの端に対して本発明を実施する場合について説明をしたが、他方の端に対しても同様に実施することができる。例えば、波長可変範囲の短波長側の端において、（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎが大きい方のサブピークの透過率が減少するように電気的主軸をずらすことにより本発明を実施できる。
さらには、波長可変範囲の両端に対しても本発明を実施することができる。
例えば、一方の端でサブピーク１の（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎがサブピーク２よりも大きく、他の端でサブピーク２の（σｓｕｂ−σｍａｉｎ）／σｍａｉｎがサブピーク１よりも大きい波長可変範囲を考える。
このとき、波長可変レーザが複屈折フィルタのずれ角Δφ調整する調整機構を備えること
により、一方の端ではΔφを正とし、他の端ではΔφを負とすることができる。
また、以上の説明では、アレキサンドライト結晶を利得媒体として用いた場合について説明したが、これに限らずチタンサファイア結晶を利得媒体とし用いるようにしてもよい。
【００３２】
［実施形態３］
図１５は、本発明のアレキサンドライトレーザを、光音響トモグラフィ（ＰｈｏｔｏＡｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）の原理に基づく光音響装置の光源に適用した一例として、光音響乳房診断装置の実施形態を説明する図である。
図１５（ａ）は、光音響乳房診断装置の計測部を表す模式図であり、被検体である乳房１５０１を、固定平板１５０２によって軽圧迫して固定した状態を表している。
計測部は、探触子１５０３の両脇及び対抗側に照明部１５０４を備え、固定平板１５０２に対して探触子１５０３と照明部１５０４を同時に走査することにより測定を行う。照明部１５０４は、先の実施形態で説明をした何れかの方法で複屈折板により波長の切り替えを行う波長可変レーザ１５０５に接続されている。
波長可変レーザの出力光は照明部１５０４より乳房１５０１に照射される。波長可変レーザ１５０５は異なる２波長λ１およびλ２の光を切り替えて出力する。
乳房１５０１の内部の酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）と脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）は、照射された波長可変レーザ１５０５の出力光を吸収し、光音響波を発生する。
以下、このように光音響波を発生させるために照射される光を励起光とよぶ。
【００３３】
発生した光音響波は、探触子１５０３にて検出され、電気信号に変換されて、信号処理部１５０６に出力される。信号処理部１５０６は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部１５０７へ出力する。データ処理部１５０７は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報）を画像データとして取得する。表示部１５０８は、データ処理部１５０７から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。
このような光音響乳房診断装置では、波長可変レーザ１５０５が走査の往路では波長λ１の光を出力し、走査の復路では波長λ２の光を出力するように波長を切り替えながら照明部１５０４をスキャンすることにより、広範囲の測定を短時間で行うことができる。
波長可変レーザ１５０５の利得媒体としてアレキサンドライト結晶を用い、２枚の複屈折板によりその出力光の波長を切り替える場合、出力光の波長λ１と波長λ２はそれぞれ７５６ｎｍと７９６ｎｍを選択することができる。
【００３４】
図１５（ｂ）は、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）と脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトルである。図中の矢印λ１およびλ２は、それぞれ本発明の波長可変レーザを使用した場合の２波長（７５６ｎｍ、７９６ｎｍ）を示している。
図中の矢印λ１’は、本発明を用いなかった場合の波長可変レーザの出力光の波長（λ１’＝７８６ｎｍ）を示している。
従来の波長可変レーザでは、アレキサンドライト結晶を利得媒体として用い、２枚の複屈折板で波長の切り替えを行う場合、７８６ｎｍより長い波長の光を選択できない。
図１５（ｂ）で明らかなように、従来の波長可変レーザを用いた場合の吸収係数の差αHb（７８６ｎｍ）−αHbO2（７８６ｎｍ）はゼロにならないのに対して、本発明の波長可変レーザを用いた場合の吸収係数の差αHb（７９６ｎｍ）−αHbO2（７９６ｎｍ）はほぼゼロとなる。
よって、本発明の波長可変レーザの出力を光音響乳房診断装置の励起光として用いることにより、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）および脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の生体内分布を画像化する際の誤差を減少させることができる。
【００３５】
本発明によれば、複屈折板を２枚構成とした複屈折フィルタにおいて、サブピークの透過率を抑制し、波長可変範囲を拡張することが可能となる波長可変レーザを実現すること
ができる。また、光音響装置が本発明に係る波長可変レーザを備え、本発明の波長可変レーザの出力を光音響装置の励起光として用いることにより、鮮明な診断画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０１：複屈折フィルタ
１０２、１０２１、１０２２：複屈折板
１０３、１０３１、１０３２：複屈折板の電気的主軸
１０４：高反射ミラー  
１０５：部分反射ミラー
１０６：ｐ偏光の方向
１０７：光軸
１０８：ビーム  
１０９：利得媒体
１１０：励起装置
１５０１：被検体（乳房）
１５０２：固定平板
１５０３：探触子
１５０４：照明部
１５０５：波長可変レーザ
１５０６：信号処理部
１５０７：データ処理部
１５０８：表示部
【図３】
2014150243.tif 000003
【図６】
2014150243.tif 000004
【図７】
2014150243.tif 000005
【図９】
2014150243.tif 000006
【図１０】
2014150243.tif 000007
【図１１】
2014150243.tif 000008
【図１】
2014150243.tif 000009
【図２】
2014150243.tif 000010
【図４】
2014150243.tif 000011
【図５】
2014150243.tif 000012
【図８】
2014150243.tif 000013
【図１２】
2014150243.tif 000014
【図１３】
2014150243.tif 000015
【図１４】
2014150243.tif 000016
【図１５】
2014150243.tif 000017