(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光線が入射され、印加される電圧に応じて前記光線を偏向して出力する光偏向素子と、
前記光偏向素子から出力される光線が入射され、当該光線の入射角に応じて当該光線のうちの特定の波長の光線を当該光線が入射した光路外に共鳴反射するように配置される共鳴フィルタと
を含む、波長可変光源装置。
【請求項２】
前記共鳴フィルタは、
基板と、
前記基板上に形成され、前記基板よりも屈折率の高い高屈折率層と、
前記高屈折率層の上部に所定のピッチで形成される凹凸を有する凹凸層と
を有する、請求項１記載の波長可変光源装置。
【請求項３】
前記凹凸層は、前記高屈折率層の上部に配設され、前記高屈折率層よりも屈折率の低い低屈折率層である、請求項２記載の波長可変光源装置。
【請求項４】
前記凹凸層は、前記高屈折率層の上部に配設され、前記高屈折率層よりも屈折率の低い低屈折率層と、
前記低屈折率層の上部に配設され、前記低屈折率層よりも屈折率の高い凹凸部と
を備える、請求項２記載の波長可変光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、波長可変光源は数多くの分野で利用されており、近年波長可変範囲の広帯域化、波長挿引の高速化などが進められている。
【０００３】
波長可変光源の利用範囲の一つとして、光干渉トモグラフィ（ＯＣＴ）が挙げられる。光干渉トモグラフィは、生体や各種構造物の断層像を光干渉を利用して測定する技術であり、無侵襲で数１０マイクロメートルの高分解能での測定が可能であることから、広く利用されている。
【０００４】
基本的な光干渉トモグラフィの測定原理は、図１に示すように、低コヒーレンスの光源を使用して、マイケルソン干渉計を構成する。光源からビームを、ビームスプリッタで分割し、分割された一方の光（物体光）は測定物の表面に至り、内部に侵入して屈折率の境界や散乱物で反射、散乱される。分割されたもう一方の光（参照光）は、参照ミラーで反射される。それぞれの反射、散乱光は再びビームスプリッタを介して光検知器に至る。このとき、物体光と参照光の経路長が等しくなったとき、２つの光が強め合うため光検知器において信号強度が得られる。しかし光源の時間的コヒーレンスが高ければ、物体光と参照光の経路長が等しくない場合でも干渉の強め合いが発生してしまい、物体の層構造を測定することは困難になる。そのために、光源の時間的コヒーレンス長が低くして、深さ方向の解像度が高めている。経路長が一致した領域の情報が得られるため、参照ミラーを光軸方向に機械的に走査することにより、物体の断層構造を得ることができる。
【０００５】
一方、機械的走査を必要としない方法として、フーリエドメイン（ＦＤ）−ＯＣＴと呼ばれる技術がある。ＦＤ−ＯＣＴには２つの方式があり、一つが分光器型（ＳＤ）−ＯＣＴ、もう一つが光走査型（ＳＳ）−ＯＣＴである。ＳＤ−ＯＣＴは、干渉光を分光して、干渉スペクトルを分光器（ＣＣＤアレイ）で検出し、フーリエ変換を行って反射光強度分布信号を得る。また、ＳＳ−ＯＣＴは、光源に波長可変レーザを用いて、光周波数を挿引し、干渉信号をフーリエ変換して反射光強度分布信号を得る。
【０００６】
上記フーリエドメイン（ＦＤ）−ＯＣＴにおいては、機械的走査がないため、測定を高速化することが可能である。
【０００７】
分光器型（ＳＤ）−ＯＣＴでは、低コヒーレンス光源から発せられる広いスペクトル幅をもつ光を用い、干渉スペクトルをグレーティング、プリズムなどにより分光し、１次元ＣＣＤアレイで検出を行う。参照ミラーの走査がなく、１回の光強度測定で深さ方向の情報を得ることが可能であるが、ピクセル数の多いディテクタが必要となり、システムが高価になる、ディテクタにより測定できる範囲が限定されてしまう、という問題が生じる。
【０００８】
光走査型（ＳＳ）−ＯＣＴでは、通常広いスペクトル幅を持つ光源から、波長選択フィルタやグレーティングを使って特定波長を選択し、共振器構造を形成することにより特定波長を増幅して出射する。このとき、グレーティング角度の回転などにより増幅させる選択波長を変化させることにより、出射波長を走査することが可能になる。しかし、共振器構造により特定波長を増幅する方法では、装置が大型化する、発振する波長のモードの調整に精密な制御が必要になる、という問題が生じる。
【０００９】
図２は、従来の光源装置を示す図である。図２に示す光源装置は、波長走査型の光源装置であり、光源２１、光偏向させるミラー２２、及び回折格子２３を含み、ミラー２２の回転により回折格子２３に入射させる角度を変化させ、回折格子２３と光源２１の間で外部共振器を構成して特定波長を増幅させて光出射させている。外部共振器モードの跳びのない、安定した光出力を得るために、外部共振器長、ミラー２２と回折格子２３の間の距離やミラー２２の角度を駆動部２２Ａによって精密に調整している（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の光源装置は、光源２１、ミラー２２、及び回折格子２３で外部共振器を構成している。このため、安定した光出力を得るためには、ミラー２２の精密な角度調整及び位置合わせを駆動装置２２Ａで行う必要があり、光学系の調整が複雑になるという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、簡易な構成の波長可変光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施の形態の一観点の波長可変光源装置は、光源と、前記光源から出射される光線が入射され、印加される電圧に応じて前記光線を偏向して出力する光偏向素子と、前記光偏向素子から出力される光線が入射され、当該光線の入射角に応じて当該光線のうちの特定の波長の光線を当該光線が入射した光路外に共鳴反射するように配置される共鳴フィルタとを含む。
【発明の効果】
【００１３】
簡易な構成の波長可変光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光干渉トモグラフィ装置の構成を示す図である。
【図２】従来の光源装置を示す図である。
【図３】実施の形態の波長可変光源装置を示す図である。
【図４】実施の形態の波長可変光源装置１００の光偏向素子３４を示す図である。
【図５】実施の形態の波長可変光源装置１００の光偏向素子３４を示す図である。
【図６】実施の形態の波長可変光源装置１００の反射素子３６として用いる共鳴フィルタを示す図である。
【図７】実施の形態の波長可変光源装置１００の反射素子３６としての共鳴フィルタにおける反射光の波長と反射率の関係を示す図である。
【図８】実施の形態の波長可変光源装置１００の反射素子３６として用いる共鳴フィルタにおいて、入射角度と共鳴反射した光線の波長及び反射率との関係を示すシミュレーション結果である。
【図９】実施の形態の変形例の反射素子３６Ａを示す図である。
【図１０】実施の形態の変形例の反射素子３６Ｂを示す図である。
【図１１】実施の形態の変形例の反射素子３６Ｃ、３６Ｄを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の波長可変光源装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１６】
図３は、実施の形態の波長可変光源装置を示す図である。
【００１７】
実施の形態の波長可変光源装置１００は、光源３１、コリメートレンズ３２、集光レンズ３３、光偏向素子３４、集光レンズ３５、反射素子３６、集光レンズ３７、光出力部３８、及び信号発生部３９を含む。
【００１８】
光源３１は、スペクトル幅の広い光線を出力できる光源であればよく、例えば、スーパールミネッセントダイオードを用いる。スーパールミネッセントダイオードは、広い波長帯域を持ちながら高輝度性を備えた光源である。スーパールミネッセントダイオードは、例えば、図３中の破線の枠内に示すように、波長（λ）に対する強度Ｉ（Intensity）が略一定の帯域が広い光源である。
【００１９】
コリメートレンズ３２は、光源３１から出射された光線を平行光にするレンズである。
【００２０】
集光レンズ３３は、コリメートレンズ３２によって平行光にされた光線を光偏向素子３４に入射させる前に集光して適切なビーム径にするレンズである。
【００２１】
光偏向素子３４は、集光レンズ３３で集光された光線が入射され、信号発生部３９によって印加される電圧に応じて光線を偏向して出力する素子である。光偏向素子３４によって光線が偏向される角度は、信号発生部３９から光偏向素子３４に入力される信号（電圧）によって調整される。
【００２２】
光偏向素子３４は、電気光学効果を有する強誘電体材料で形成される光導波路を有し、光導波路内に、強誘電体材料の一部が分極反転されたパターン部（分極反転パターン部）を備える。光偏向素子３４に入射した光線は、光導波路領域を通過する。
【００２３】
光偏向素子３４の光導波路は、強誘電体材料の電気光学効果により、信号発生部３９から印加される電圧によって屈折率を変化させる。図３には、強誘電体の分極反転パターン部としてプリズム形状の例を示す。このような分極反転パターン部に信号発生部３９から入力される電圧を印加することにより、光導波路内を通過する光線を偏向する。光偏向素子３４は、信号発生部３９によって生成される電圧信号が入力されることにより、光偏向作用を示す。なお、光偏向素子３４の詳細については、図４及び図５を用いて後述する。
【００２４】
集光レンズ３５は、光偏向素子３４で偏向された光線を適切なビーム径に集光して反射素子３６に入射させる。
【００２５】
なお、コリメートレンズ３２、集光レンズ３３、及び集光レンズ３５は、光学素子を構成する。
【００２６】
反射素子３６は、光偏向素子３４で偏向され、集光レンズ３５で集光された光線のうち、特定の波長の光線を共鳴反射する共鳴フィルタである。反射素子３６の詳細については後述する。
【００２７】
集光レンズ３７は、反射素子３６で反射された光を集光して適切なビーム径にする。
【００２８】
光出力部３８は、集光レンズ３７を経て反射素子３６から入射する光を集光し、集光された光を外部装置（例えば、ＯＣＴ等）に出力する。光出力部３８としては、例えば、光ファイバを用いることができる。
【００２９】
以上のような実施の形態の波長可変光源装置１００では、光源３１から出射される光線は、コリメートレンズ３２、集光レンズ３３を通って適切なビーム径に集光され、光偏向素子３４の端面に入射する。光偏向素子３４は、信号発生部３９からの電圧印加による電気光学効果によって強誘電体材料の屈折率を変化させ、光導波路内を通過する光線を偏向する。
【００３０】
このように光偏向素子３４によって偏向された光線は、集光レンズ３５によってビーム形状（又はビーム径）が適切な形状にされ、光反射素子３６で反射される。光線は、光反射素子３６で特定波長のみが共鳴反射によって反射され、集光レンズ３７を経て光出力部３８に入射する。これにより、信号発生部３９から印加される電圧信号に応じて波長が選択された光線を光出力部３８から外部装置（例えば、ＯＣＴ等）に出力することができる。
【００３１】
次に、実施の形態の波長可変光源装置１００の光偏向素子３４について説明する。
【００３２】
図４及び図５は、実施の形態の波長可変光源装置１００の光偏向素子３４を示す図である。図４は光偏向素子３４の断面を示し、図５は平面視における光偏向素子３４を示す。図４に示す断面は、図５におけるＡ−Ａ矢視断面であり、光偏向素子３４の長手方向における中心軸における断面を示す。光偏向素子３４の長手方向における中心軸は、図５の破線上にある。
【００３３】
光偏向素子３４は、基板４１、接着層４２、下部電極層４３、下部クラッド層４４、コア層４５、上部クラッド層４６、上部電極層４７、及び分極反転領域４８を有する。
【００３４】
基板４１の上には、接着層４２により、下部電極層４３、下部クラッド層４４、コア層４５、上部クラッド層４６、及び上部電極層４７の積層体が接着されている。分極反転領域４８は、コア層４５の中央部に形成されている。下部クラッド層４４、コア層４５、上部クラッド層４６、及び分極反転領域４８は、光導波路（薄膜光導波路）を構成する。
【００３５】
基板４１は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）製の基板を用いることができる。これは、後述するコア層４５としてもニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いるため、両者の材料を揃えることで、熱膨張による影響を低減させるためである。
【００３６】
接着層４２、例えば、アクリル系の樹脂接着剤である。
【００３７】
下部電極層４３は、接着層４２によって基板４１に接着されており、例えば、チタン（Ｔｉ）製の電極であればよい。下部電極層４３の厚さは、例えば、２００ｎｍである。下部電極層４３は、信号発生部３９に接続されており、信号発生部３９から電圧が印加される。下部電極層４３は、後述する上部電極層４７と同様に、平面視で分極反転領域４８が形成される領域を覆うように形成されている。
【００３８】
下部クラッド層４４は、下部電極層４３の上に形成されている。下部クラッド層４４は、導波路の下面側において、コア層４５よりも屈折率が低い層でありコア層４５との界面で光線を全反射して閉じこめるために設けられている。下部クラッド層４４は、例えば、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を成膜することによって作製することができ、その厚さは、例えば、１μｍでよい。
【００３９】
コア層４５は、下部クラッド層４４の上に形成されており、下部クラッド層４４よりも屈折率の高い層である。コア層４５としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いることができる。コア層４５は、例えば、１０μｍ程度の厚さで形成される。
【００４０】
コア層４５の中央部には、図５に示すように、平面視で三角形のプリズム状の分極反転領域４８が形成されている。図５には、分極反転領域４８を７つ示す。このため、図４に示す断面では、７つの分極反転領域４８とコア層４５矢印で示す光線の進行方向において交互に現れるように構成されている。
【００４１】
上部クラッド層４６は、コア層４５の上側に形成されている。上部クラッド層４６は、コア層４５よりも低い屈折率を有する。これにより、上部クラッド層４６は、コア層４５との界面でコア層４５内を伝搬する光線を全反射して閉じこめている。上部クラッド層４６は、例えば、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を成膜することによって作製することができ、その厚さは、例えば、１μｍでよい。
【００４２】
上部電極層４７は、上部クラッド層４６の上側において、図５に示すように平面視で分極反転領域４８を覆う領域に形成されている。上部電極層４７は、例えば、チタン（Ｔｉ）製の電極であればよい。上部電極層４７の厚さは、例えば、２００ｎｍである。上部電極層４７は、信号発生部３９に接続されており、信号発生部３９から電圧が印加される。
【００４３】
分極反転領域４８は、コア層４５の中央部の一部が平面視で三角形のプリズム状に形成される分極反転領域である。分極反転領域４８は、電圧印加時にコア層４５とは反対の極性で屈折率が変化するように構成される領域である。このような分極反転領域４８は、例えば、電気光学結晶に分極反転技術により形成される。
【００４４】
分極反転領域４８の屈折率変化は、分極反転によってコア層４５とは正負逆転するので、図５に示す７つの分極反転領域４８のように三角形形状の屈折変化部分ができることにより、光線は偏向する。
【００４５】
このような光偏向素子３４を作製するためには、例えば、分極反転領域４８を形成した厚さ３００μｍ程度のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の結晶を用意し、このニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）層の一方の面に下部クラッド層４４及び下部電極層４３を形成し、他方の面を研磨することによって厚さ１０μｍのコア層４５を作製することができる。研磨は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって行えばよい。
【００４６】
また、このようにして作製したコア層４５、下部クラッド層４４、下部電極層４３の積層体を接着層４２によって基板４１に接着する。
【００４７】
さらに、下部クラッド層４４、下部電極層４３の積層体を接着層４２によって基板４１に接着した後に、コア層４５の上に上部クラッド層４６及び上部電極層４７が形成される。以上により、光偏向素子３４が完成する。
【００４８】
光偏向素子３４において、導波路面内の光の偏向は、コア層４５及び分極反転領域４８に信号発生部３９から電圧を印加することによって行う。電圧印加時に分極反転領域４８とされていない領域（分極反転領域４８の周囲のコア層４５）に屈折率の差が生じるため、コア層４５に入射された光線は、導波路面内で偏向される。ここでコア層４５及び分極反転領域４８に信号発生部３９から印加される電圧による屈折率の変化分Δｎは、次の式（１）で与えられる。
【００４９】
Δｎ＝（−１／２）×（ｒ×ｎ３×Ｖ／ｄ）  ・・・（１）
ここで、ｒは電気光学定数（ポッケルス定数）、ｎはコア材料の屈折率、Ｖは電圧、ｄはコア層４５の厚さである。
【００５０】
導波路面内での光線の偏向を低消費電力で動作させるためにはｄを小さく、つまりコア層４５を薄くすることで達成される。そのため、本実施の形態では、コア層４５の厚さを約１０μｍに設定した。
【００５１】
上部電極層４７には信号発生部３９（図３参照）から下部電極層４３との間に電圧が印加される。これにより、上部電極層４７と下部電極層４３との間にある下部クラッド層４４、コア層４５、分極反転領域４８、及び上部クラッド層４６に電圧が印加され、コア層４５と分極反転領域４８の屈折率がポッケルス効果によって変化する。
【００５２】
これにより、導波路内を伝搬する光線を偏向することができる。例えば、下部電極層４３を接地して上部電極層４７に−１５０Ｖから＋１５０Ｖの電圧を印加することにより、導波路の面内方向に約−５°（図５において中心軸より左側に約５°）から約＋５°（図５において中心軸より右側に約５°）の偏向角度が得られる。
【００５３】
このようにして作製された光偏向素子３４は、任意の周波数において複雑な偏向動作が可能であるため、１００ｋＨｚ程度までの周波数であれば、柔軟な偏向が可能になる。そのため、ある波長領域のみ挿引速度を変化させたり、飛び飛びの任意波長を出力するといった波長変化も可能となる。
【００５４】
次に、反射素子３６として用いる共鳴フィルタについて説明する。
【００５５】
本実施の形態の波長可変光源装置１００の反射素子３６として用いる共鳴フィルタは、入射光の波長と同等程度かそれ以下のサイズの凹凸部によって、入射光のうちの特定波長の光を共振さることによって反射する共鳴反射を利用している。このような共鳴フィルタについては、例えば、文献（R.Magnusson and S.S.Wang, Transmission band pass guided-mode resonance filters, Appl. Opt. Vol.34, No.35, 8106(1995)）に記載されている。
【００５６】
この共鳴フィルタは、回折格子の寸法と光線の波長との関係に基づく共鳴現象を利用しており、導波路の構造の最適化により、帯域の狭い反射型の波長フィルタを実現している。
【００５７】
図６は、実施の形態の波長可変光源装置１００の反射素子３６として用いる共鳴フィルタを示す図であり、図６（Ａ）は側面図、図６（Ｂ）は斜視図である。
【００５８】
反射素子３６は、基板６１、導波路層６２、低屈折率層６３、及び周期構造層６４を含む。
【００５９】
基板６１は、例えば、合成石英ガラス、シリコン、石英、又はサファイア等で作製される。
【００６０】
導波路層６２は、屈折率の高い高屈折率材料で形成すればよく、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又はハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）で形成すればよい。
【００６１】
低屈折率層６３は、導波路層６２よりも屈折率の低い材料で構成される層であり、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等で作製される。
【００６２】
ここで、基板６１、導波路層６２、及び低屈折率層６３を上述の材料を用いて均一な層として形成することは、例えば、スパッタリングや蒸着等の一般的な薄膜形成方法で可能である。なお、基板６１、導波路層６２、及び低屈折率層６３を無機材料ではなく、有機材料で作製することも可能である。
【００６３】
周期構造層６４は、共鳴フィルタのサブ波長構造部であり、低屈折率層６３よりも屈折率の高い層で作製される。周期構造層６４は、例えば、導波路層６２と同様に、酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又はハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）で形成すればよい。
【００６４】
周期構造層６４は、例えば、フォトリソグラフィーとエッチングにより形成することができる。本実施の形態では、電子ビームでの描画によってフォトレジストを用いて光線の波長以下の周期構造をパターニングし、フォトレジストをマスクとしてドライエッチングで酸化チタンをエッチングして形成する。
【００６５】
上述のように、反射素子３６では、相対的に低い屈折率ｎＬを持つ低屈折率材料で構成される基板６１上に、相対的に高い屈折率ｎＨを持つ高屈折率材料で構成される導波路層６２を形成している。
【００６６】
基板６１と導波路層６２の屈折率は、ｎＬ＜ｎＨとなっている。図６に示す反射素子３６では、入射光が共鳴反射を起こすためには、周期構造層６４側からの光の入射が必要である。この微細な凹凸状の周期構造層６４により、反射素子３６に入射した光線のうち周期構造層６４と共鳴する波長成分のみが、導波路層６２の導波モードとカップリングし、共鳴反射することになり、それ以外の波長では光は透過する。
【００６７】
図６に示すように、周期構造層６４は、凹凸構造が周期ｐで一方向に配列した周期構造を有する。周期構造層６４のグレーティングの幅は、周期に対してＦＦ倍（０＜ＦＦ＜１）で定義する。このような周期構造層６４においては、偏向方向に対する依存性が発生するため、周期構造層６４のグレーティングに平行な電場振動を有する成分をＴＥ偏光（図６（Ｂ）参照）、グレーティングに垂直な電場振動を有する成分をＴＭ偏光（図６（Ｂ）参照）と呼ぶことにする。
【００６８】
本実施の形態では、波長可変光源装置１００に用いる共鳴フィルタについて、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）によって設計を行った。
【００６９】
図６に示すように、反射素子３６は、基板６１上に、導波路層６２、低屈折率層６３、及び周期構造層６４が積層して形成されている。
【００７０】
基板６１の屈折率ｎｓを＝１．５１、導波路層６２の屈折率ｎＨを２．２３、低屈折率層６３の屈折率ｎＬを１．４４、周期構造層６４は導波路層６２と同質の材料で屈折率を１．５１とした。
【００７１】
ここで、反射素子３６としての共鳴フィルタにおける反射光の波長と反射率の関係について説明する。
【００７２】
図７は、実施の形態の波長可変光源装置１００の反射素子３６としての共鳴フィルタにおける反射光の波長と反射率の関係を示す図である。
【００７３】
図６に示す反射素子３６としての共鳴フィルタに角度θで光線が入射したとする。光線の波長は、λ０からλ２までであるとする。
【００７４】
このとき、図７（Ａ）に示すように、ほとんどの波長（λ０〜λ２）では共鳴フィルタを光線が透過するのに対して、特定波長λ１（λ０＜λ１＜λ２）付近では狭帯域で共鳴を起こし、光線が反射する。
【００７５】
ここで、共鳴フィルタへの入射光の角度がθ＋Δθに変わると、共鳴反射を起こす波長λ１がシフトする。
【００７６】
図７（Ｂ）は、入射角度がθ＋Δθに変化した場合、共鳴反射の発生する光線の波長がλ１Ａになることを示している。すなわち、入射角度がθ＋Δθとなった場合には、λ１の波長の光は透過し、λ１Ａの波長の光が反射されることになる。
【００７７】
このようにして、光偏向素子３４と共鳴フィルタ３６を組み合わせることにより、光偏向素子３４によって得られる偏向角に応じて、共鳴フィルタ３６で反射させる光の波長を選択することが可能になる。
【００７８】
ここで、図６に示すような周期構造層６４のグレーティングの方向と電場の振動方向が平行になるような入射光とし、ピッチｐ＝６００ｎｍ、充填率ＦＦ＝０．５とした。また、導波路層６２の厚さをｄ１、低屈折率層６３の厚さをｄ２、周期構造層６４の厚さをｄ３としたときに、ｄ１＝３００ｎｍ、ｄ２＝５０ｎｍ、ｄ３＝５０ｎｍとしてシミュレーションを行った。
【００７９】
図８は、実施の形態の波長可変光源装置１００の反射素子３６として用いる共鳴フィルタにおいて、入射角度と共鳴反射した光線の波長及び反射率との関係を示すシミュレーション結果である。
【００８０】
図８では、共鳴フィルタへの入射角度を１０°〜２０°まで１°刻みで変化させると、１０ｎｍ刻みで波長１２５０〜１３５０ｎｍの入射光の共鳴反射が生じるように設定されている。図８に示すように、入射角度に応じて共鳴反射によって反射される光線の波長が変化していることがわかる。
【００８１】
図８に示すように、共鳴波長での反射強度はほぼ１００％であるため、非常に高い効率で特定波長の光線を出力することができ、かつ、共鳴反射による反射光のスペクトルの半値幅は１ｎｍ程度の狭帯域となっているため、共鳴フィルタから出力される光線の波長は、ｎｍオーダーの分解能が得られることが分かる。
【００８２】
ここで、図８に示す共鳴反射による反射光のスペクトル特性は一例であり、共鳴フィルタにおいて、スペクトルの線幅や中心波長の設計は、パラメータ（層の厚さ、屈折率、周期）の設定で容易に調整することが可能である。
【００８３】
以上のようにして作製された共鳴フィルタは、非常に狭帯域であり、入射角度に応じて特定波長のみを反射することができる。
【００８４】
以上、本実施の形態によれば、上述のような光偏向素子３４を用いるとともに、反射素子３６として上述のような共鳴フィルタを用いることにより、非常に波長分解能の高い波長可変光源を提供することができる。
【００８５】
また、薄膜光導波路を有する光偏向素子３４と、反射素子３６としての共鳴フィルタとを用いることにより、小型化を図った波長可変光源を提供することができる。
【００８６】
また、上述のようにして、波長可変光源装置１００の出力として最終的に光出力部３８から出力する光の波長を、電気光学効果を用いた光線の偏向度合いで選択することにより、従来の光源装置のように物理的な可動部を有しないため、非常に高速で出力光の波長を変更することが可能になるとともに、信号発生部３９から光偏向素子３４に印加する電圧信号の電圧値をランダムに変化させることで、光出力部３８から任意の波長の光線を出力することができる。
【００８７】
また、共鳴フィルタによる反射を利用することにより、特定波長の光線を狭帯域でかつ、ほぼ１００％での反射率が得られる。これにより、従来のように共振器等を必要としないため、装置の小型化が可能になり、精密な制御を必要としない簡易な構成で十分な光強度を有する波長可変光源を提供することができる。
【００８８】
以上では、基板６１、導波路層６２、低屈折率層６３、及び周期構造層６４を含む反射素子３６を用いる形態について説明したが、反射素子３６としてはより簡単な構造の共鳴フィルタを用いてもよい。
【００８９】
図９は、実施の形態の変形例の反射素子３６Ａを示す図である。
【００９０】
反射素子３６Ａとしての共鳴フィルタは、図６に示す共鳴フィルタにおける低屈折率層６３と周期構造層６４を一体化して、周期構造層７３としたものである。反射素子３６Ａは、基板７１、導波路層７２、及び周期構造層７３を含む。
【００９１】
基板７１及び導波路層７２は、それぞれ、図６に示す基板６１及び導波路層６２と同様である。
【００９２】
図９に示す反射素子３６Ａとしての共鳴フィルタは、相対的に低い屈折率ｎＬを持つ低屈折率材料で構成される基板７１上に、相対的に高い屈折率ｎＨを持つ高屈折率材料で構成される導波路層７２が形成され、さらに、導波路層７２の上面に低屈折率材料からなる周期構造層７３が形成されている。周期構造層７３は、凸部７３Ａを有する。
【００９３】
このように、図９に示すような反射素子３６Ａを図６に示す反射素子３６の代わりに用いてもよい。
【００９４】
また、図６に示す反射素子３６及び図９に示す反射素子３６Ａの代わりに、図１０に示す反射素子３６Ｂを用いてもよい。
【００９５】
図１０は、実施の形態の変形例の反射素子３６Ｂを示す図である。
【００９６】
反射素子３６Ｂは、基板８１と、図９に示す導波路層７２と周期構造層７３を一体とした周期構造層８２とを含む。基板８１は、図９に示す基板７１と同様である。周期構造層８２は、基板８１よりも屈折率の高い材料で構成され、周期的に形成される凸部８２Ａを有する。
【００９７】
反射素子３６Ｂにある角度θで光線が入射すると、周期構造層８２の凸部８２Ａを除いた導波路内では、周期構造層８２の上に存在する空気の屈折率が周期構造層８２の屈折率よりも低いために、導波路内で全反射が生じる。すなわち、図１０に示す反射素子３６Ｂでは、周期構造層８２の上に存在する空気層が低屈折率層となる。
【００９８】
このため、導波路内を全反射しながら伝播する光線のうちの特定波長の成分が共鳴反射を起こし、強い反射光となる。
【００９９】
このため、図１０に示す反射素子３６Ｂを用いた場合においても、ほとんどの波長では反射素子３６Ｂを光線が透過するのに対して、特定波長の付近では狭帯域で共鳴を起こし、反射する。
【０１００】
また、以上では、反射素子３６の周期構造層６４（図６（Ａ）、（Ｂ）参照）がストライプである形態について説明したが、周期構造層６４の構造は、ストライプ状には限られない。
【０１０１】
図１１は、実施の形態の変形例の反射素子３６Ｃ、３６Ｄを示す図である。
【０１０２】
図１１（Ａ）に示すように、反射素子３６Ｃは、基板６１、導波路層６２、低屈折率層６３、及び周期構造層６４Ａを含む。周期構造層６４Ａは、平面視において、マトリクス状に配列された矩形状の凸部である。基板６１、導波路層６２、及び低屈折率層６３は、図６に示す反射素子３６の基板６１、導波路層６２、及び低屈折率層６３と同様である。
【０１０３】
図１１（Ｂ）に示すように、反射素子３６Ｄは、基板６１、導波路層６２、低屈折率層６３、及び周期構造層６４Ｂを含む。周期構造層６４Ｂは、平面視において、マトリクス状に円形の凹部が配列されている。基板６１、導波路層６２、及び低屈折率層６３は、図６に示す反射素子３６の基板６１、導波路層６２、及び低屈折率層６３と同様である。
【０１０４】
図１１（Ａ）に示す反射素子３６Ｃ、又は、図１１（Ｂ）に示す反射素子３６Ｄを用いても、図６に示す反射素子３６を用いる場合と同様に、光偏向素子３４によって変更される角度に応じて、特定波長の光線を反射することができる。
【０１０５】
なお、以上では、光源３１としてスーパールミネッセントダイオードを用いる形態について説明したが、光源３１はこれに限らず、スペクトル幅の広い光線を出力できる光源であれば他の光源であってもよい。
【０１０６】
また、以上では、上述のような分極反転技術により屈折率が反転する分極反転領域を形成する形態について説明したが、上部電極層４７と下部電極層４３の電極形状自体を平面視で三角形形状にすることにより、電極形状に応じた屈折率変化を与える態様としてもよい。
【０１０７】
以上、本発明の例示的な実施の形態の波長可変光源装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００  波長可変光源装置
３１  光源
３２  コリメートレンズ
３３  集光レンズ
３４  光偏向素子
３５  集光レンズ
３６  反射素子
３７  集光レンズ
３８  光出力部
３９  信号発生部
４１  基板
４２  接着層
４３  下部電極層
４４  下部クラッド層
４５  コア層
４６  上部クラッド層
４７  上部電極層
４８  分極反転領域
６１  基板
６２  導波路層
６３  低屈折率層
６４  周期構造層
７１  基板
７２  導波路層
７３  周期構造層
７３Ａ  凸部
８１  基板
８２  周期構造層
８２Ａ  凸部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０９】
【特許文献１】特開２００８−３０５９９７号公報
【図１】
0005849545.tif 000002
【図２】
0005849545.tif 000003
【図３】
0005849545.tif 000004
【図４】
0005849545.tif 000005
【図５】
0005849545.tif 000006
【図６】
0005849545.tif 000007
【図７】
0005849545.tif 000008
【図８】
0005849545.tif 000009
【図９】
0005849545.tif 000010
【図１０】
0005849545.tif 000011
【図１１】
0005849545.tif 000012