(57)【要約】【課題】狭帯域の波長の光を発振し、波長を変化させるリングレーザ型の波長可変光源において、タップ比を任意に設定できるようにすること。【解決手段】光ループ内に入力光を増幅する光増幅器１１、λ／２波長板１２、偏光ビームスプリッタ１３及び波長可変フィルタ１７を設ける。偏光ビームスプリッタ１３は偏光方向に応じてレーザ光の一部を出力し、残りの光を光ループ内に帰還させる。そしてλ／２波長板１２で偏光方向を回転させることによって、外部に出力するタップ比を変化させる。こうすれば簡単な構成で所望の発振帯域と光を出力することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ループ内の光を増幅する光増幅器と、
光ループを通過する光から所定の波長成分の光を選択する波長選択部と、
光ループを通過する光の偏光方向を回転させる偏光回転部と、
前記波長回転部から出力された光を偏波状態によって２方向に分離し、一方を出力すると共に他方の光を光ループに帰還する偏光分離部と、を具備する波長可変光源。
【請求項２】
前記波長選択部は、光バンドパスフィルタである請求項１記載の波長可変光源。
【請求項３】
前記光バンドパスフィルタは、ＭＥＭＳ駆動エタロンによる波長可変フィルタである請求項２記載の波長可変光源。
【請求項４】
前記光増幅器は、半導体光増幅器である請求項１記載の波長可変光源。
【請求項５】
前記偏光回転部は、
λ／２波長板、ファラデー回転子、液晶素子、及びポッケルス素子のいずれか１つである請求項１記載の波長可変光源。
【請求項６】
前記光ループの前記波長選択部の前後に同一方向に光を通過させる２つの光反射抑制器を更に有する請求項１記載の波長可変光源。
【請求項７】
前記偏光分離部は、分離した他方の光を光ループの光増幅器に帰還させるものであり、前記光増幅器はその出力を前記波長選択部に出力するようにした請求項１記載の波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単光性の光を発生させその発振波長を変化させることができる波長可変光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を測定対象に照射し測定対象を分析する分析装置の光源として、広帯域の光源の他に、強いレベルの単一スペクトルの光を所望の帯域で変化させる波長可変型の光源が用いられている。従来の波長可変型の光源には、外部共振器型レーザやファイバリングレーザがある。特許文献１，２には、光の経路をループ状に形成し、そのループ内に半導体光増幅器等のゲイン媒質と、エタロンなどの波長可変フィルタ、及び光アイソレータ等を設けたリングレーザが示されている。このようなリングレーザは、波長可変フィルタの選択波長を変化させることによって発振波長を変化させることができる。これらのリングレーザでは、一定の比で出力の一部を外部に出力し、その残余の光をループに戻すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３４１７３号公報
【特許文献２】特開平５−１７５５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
波長走査型の光源を用いた光コヒーレンストモグラフィ（SweptSourceOCT、ＳＳ−ＯＣＴ）は近年、次世代の医療診断装置として期待されている。ＯＣＴ装置では、強いレベルの単一スペクトルの光を所望の帯域で変化させる波長可変型のレーザ光源が用いられている。ＯＣＴ装置のレーザ光源では、分解能を上げるために発振帯域が広く、波長掃引速度が大きく、更に測定感度を上げるために出力レベルが高いことが望ましい。
【０００５】
しかしながら特許文献１及び２に示される従来のリング型の波長可変光源では、ファイバカップラなどを用いて光ループから出力を取り出しているため、出力を取り出す比、即ちタップ比があらかじめ固定されており、タップ比を自由に変更することができなかった。そのためＯＣＴ装置の光源として用いた場合に必要な波長可変帯域や強度を得ることが難しいという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、タップ比を容易に変更できる波長可変光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明の波長可変光源は、光ループ内の光を増幅する光増幅器と、光ループを通過する光から所定の波長成分の光を選択する波長選択部と、光ループを通過する光の偏光方向を回転させる偏光回転部と、前記波長回転部から出力された光を偏波状態によって２方向に分離し、一方を出力すると共に他方の光を光ループに帰還する偏光分離部と、を具備するものである。
【０００８】
ここで前記波長選択部は、光バンドパスフィルタとしてもよい。
【０００９】
ここで前記光バンドパスフィルタは、ＭＥＭＳ駆動エタロンによる波長可変フィルタとしてもよい。
【００１０】
ここで前記光増幅器は、半導体光増幅器としてもよい。
【００１１】
ここで前記偏光回転部は、λ／２波長板、ファラデー回転子、液晶素子、及びポッケルス素子のいずれか１つとしてもよい。
【００１２】
ここで前記光ループの前記波長選択部の前後に同一方向に光を通過させる２つの光反射抑制器を更に有するようにしてもよい。
【００１３】
ここで前記偏光分離部は、分離した他方の光を光ループの光増幅器に帰還させるものであり、前記光増幅器はその出力を前記波長選択部に出力するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
このような特徴を有する本発明によれば、レーザ発振のループからの光を取り出す割合であるタップ比とレーザ共振器のループに戻すための光強度の比率を調整することによって、レーザ光の出力強度と波長帯域を最適な条件とすることができる。広い帯域が必要な場合にはタップ比を小さくし、出力レベルを高くする必要があればタップ比を比較的大きくするなど、使用条件に応じて任意のタップ比を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態による波長可変光源を示す図である。
【図２】図２はこの実施の形態のλ／２波長板の光出力光の偏光状態を示す図である。
【図３】図３は本実施の形態による波長可変光源の光ループのロスと波長掃引幅の関係を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａはタップ比と出力光強度の関係を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂはタップ比とレーザ発振帯域との関係を示す図である。
【図５】図５は本発明の第２の実施の形態による波長可変光源の構成を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは本発明の第１の実施の形態の波長可変光源による光強度と波長との関係を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは本発明の第２の実施の形態の波長可変光源による光強度と波長との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による波長可変光源を示すブロック図である。本図において、光増幅器１１は例えば半導体光増幅器で構成され、自然放出光を出力すると共に入射した光を増幅して出力するものである。光増幅器１１から出力される光の光軸上にはλ／２波長板１２、偏光ビームスプリッタ１３が設けられる。λ／２波長板１２はその外周部に光軸に沿って波長板を９０°回転することができる回転機構１４が連結されている。回転機構１４は０〜９０°までの範囲で任意の角度にλ／２波長板１２を回転するように設定するものである。
【００１７】
さてλ／２波長板１２では設定された角度に応じて入射光の偏光角度を変化させるものである。偏光ビームスプリッタ１３はある偏光方向の光を透過すると共に、偏光方向に応じて光を分離し、一部の光を外部に出射し、残りの光を反射して光ループに戻す偏光分離部である。偏光ビームスプリッタ１３の反射光の光軸上には、ミラー１５、光反射抑制器１６、及び波長可変フィルタ１７が設けられる。波長可変フィルタ１７は波長制御部１８からの制御信号に基づいて入射光の波長を変化させることができる光バンドパスフィルタであり、例えばＭＥＭＳエタロンフィルタで実現することができる。波長可変フィルタ１７を通過した光の光軸上には、光反射抑制器１９を介してミラー２０，２１が設けられ、ミラー２１によって反射した光を光増幅器１１に帰還し、光ループを構成するように配置されている。波長可変フィルタ１７の前後に設けられている光反射抑制器１６，１９は、図中矢印方向にのみ光を通過させ、逆方向への反射を抑制するために用いられている。
【００１８】
ここでλ／２波長板１２と回転機構１４は光増幅器１１からのレーザ光の偏光方向を回転させる偏光回転部を構成している。
【００１９】
次に本実施の形態による波長可変光源の動作について説明する。光増幅器１１は自然放出光を出力すると共に、入射した光を増幅して出力する。この光はλ／２波長板１２によって偏光方向が回転し、偏光ビームスプリッタ１３に加えられる。偏光ビームスプリッタ１３に入射した光の一部は偏光ビームスプリッタ１３を通過して外部に出力され、残りは偏光ビームスプリッタ１３で反射されてミラー１５に加わる。反射された光はミラー１５、光反射抑制器１６を介して波長可変フィルタ１７に加わる。そして波長制御部１８の出力によって選択された波長の光が光反射抑制器１９に加わり、ミラー２０，２１を介して光増幅器１１に帰還される。こうして光のループが形成され、レーザ発振が行われる。波長制御部１８は任意の波長となるように制御するものであってもよく、所定の波長範囲で選択波長を掃引するものであってもよい。
【００２０】
次にスペクトル図を用いて本実施の形態による波長可変光源の動作について更に詳細に説明する。本実施の形態において、光増幅器１１より出射される自然放出光（以下、ＡＳＥ光という）は広い波長帯域にわたって出力を有している。この光は光増幅器１１により増幅され、λ／２波長板１２に加わる。このとき回転機構１４によって設定されている角度θに応じて図２に示すようにλ／２波長板１２によって偏光方向が元の状態Ｌ０から所定角度θだけ回転する。このため偏光方向は、例えば図２の直線Ｌ１に示すものとなる。この偏光方向の光が偏光ビームスプリッタ１３に加わると、入力光である偏光方向Ｌ０と等しい光成分Ｌ２が偏光ビームスプリッタ１３を通過し、これと垂直な偏光方向の光成分Ｌ３が偏光ビームスプリッタ１３によって反射されて光ループに戻る。波長選択部１７は波長制御部１８で決められた波長の成分を選択する。
【００２１】
図３は光増幅器１１のゲインと波長との関係を示している。図３に曲線Ａで示すように光増幅器１１はある波長にピークを有している。そしてループを構成する共振器でのレーザ発振強度はロスと利得の割合によって決まり、利得がロスを上回った時にレーザ発振が始まる。光ループのロスは光ループ内の光学素子のロスに加えて、光共振器から出力される光のレベルによって決まる。出力レベルはλ／２波長板１２による偏光のシフト角度θで決定されるタップ比によって決定される。系全体のロスのレベルは、例えば図３に横方向のラインＢ１，Ｂ２，Ｂ３で示され、夫々のロスに対応して発振可能な波長範囲もＣ１，Ｃ２，Ｃ３のように示される。ラインＢ１のようにタップ比が大きくロスが大きければ、発振可能な範囲はピーク付近の狭い帯域Ｃ１となる。一方λ／２波長板１２を回転させ、タップ比を小さくしてループに戻す光のレベルを大きくすれば、ロスが小さくなり、ラインＢ３となれば発振可能な帯域幅Ｃ３は広くなる。更に、タップ比を下げてゆくに従って、光出力強度が上がってゆき、レーザ発振をする波長範囲も広がってゆく。
【００２２】
又図４Ａはタップ比と光強度の関係を示すグラフ、図４Ｂはタップ比と発振帯域の関係を示すグラフである。共振器からのタップ比が１００％の時には、光帰還が起こらずレーザ発振が起こらない。タップ比が１００％からＲ１の範囲ではＡＳＥ光のみが出力されており、レーザとしての発振は停止している。タップ比がＲ１となると光帰還強度が上がり、光増幅器１１の利得中心波長からレーザ発振が始まる。タップ比がＲ１より更に低下すれば出力レベルが上昇し、タップ比がＲ２となれば出力光の強度はピークに達し、更にタップ比が低下すれば出力光の強度も徐々に０に近づく。
【００２３】
一方図４Ｂに示すようにタップ比をＲ１より低下させるほど外部に出力される発振帯域は急速に広くなり、更にタップ比が低くなれば発振帯域はほぼ一定となる。従ってこの範囲内で必要な波長可変範囲と光強度に基づいて任意のタップ比を選択することができる。
【００２４】
リング型のレーザ光源では、レーザ発振の共振器から光を取出す割合であるタップ比とレーザ共振器に残す光強度の比率を調整することで、レーザ光出力強度と発振帯域の調整ができるようになる。従ってＯＣＴ装置でこの波長可変光源を利用する際には、波長可変光源の光出力強度と発振帯域をバランスして最適な発振条件で使用することで、ＯＣＴ装置の感度を上げることができる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態では図５に示すように光増幅器１１と波長可変フィルタ１７及びその前後にある光反射抑制器１６，１９の位置を入れ替えるようにしたものである。これにより波長可変フィルタ１７を通過した光はλ／２波長板１２及び偏光ビームスプリッタ１３を介して外部に出力されることとなる。即ち波長可変フィルタ１７によって波長選択された光は光増幅器１１によって増幅されることなく出力される。このため、光増幅器１１からの出力のＡＳＥ光（自然放出光）を抑圧することができる。図６Ａは第１の実施の形態による出力光、図６Ｂは第２の実施の形態による出力光を示す図である。これらの図に示すように第１の実施の形態では、ＡＳＥ光成分に重畳してレーザ光の出力が得られているが、第２の実施の形態では波長可変フィルタを通過した光は光増幅器１１を通過せずに外部に出力されるため、ＡＳＥ光成分を除くことができ、よりシャープな単色レーザ光を得ることができる。
【００２６】
尚、第１，第２の本実施の形態では、波長可変フィルタとしてＭＥＭＳ駆動型のエタロンフィルタを用いているが、例えば回転自在の回折格子を用いて構成することができる。
【００２７】
又第１，第２の本実施の形態では、偏光回転部としてλ／２波長板と回転機構を用いているが、これに代えて、ファラデー回転子や液晶素子、ポッケルス素子を用いて構成することができる。
【００２８】
更に第１，第２の実施の形態では光反射抑制器を用いているが、これに代えてアイソレータを用いてもよく、ファラデー回転子と直線偏光子を用いて構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、光共振器のループ内で偏光方向を変化させてタップ比を制御しているため、光強度や波長掃引の幅を任意に設定することができる。そのため本発明の波長可変光源は分光装置やＯＣＴ装置などの光源として有用である。
【符号の説明】
【００３０】
１１  光増幅器
１２  λ／２波長板
１３  偏光ビームスプリッタ
１４  回転機構
１５，２０，２１  ミラー
１６，１９  光反射抑制器
１７  波長可変フィルタ
１８  波長制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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