(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ光学ベンチと、
広帯域光を生成する光源と、
前記ベンチに設置された第１の波長可変ファブリペロフィルタであって、波長可変信号を生成するように、波長調整コントローラによって波長調整され、前記光源からの前記広帯域光をスペクトル的にフィルタリングする第１の波長可変ファブリペロフィルタと、
前記ベンチに設置された増幅器であって、前記波長可変信号を増幅する増幅器と、
前記ベンチに設置され、前記波長調整コントローラによって波長調整されて前記第１の波長可変ファブリペロフィルタと同期して走査される第２の波長可変ファブリペロフィルタであって、前記増幅器からの前記増幅された波長可変信号をスペクトル的にフィルタリングする第２の波長可変ファブリペロフィルタとを備え、
前記第１の波長可変ファブリペロフィルタ、前記増幅器および前記第２の波長可変ファブリペロフィルタが、前記ベンチ上で一体化されている、波長掃引光源。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
ハーメチックパッケージを備え、
前記マイクロ光学ベンチはこのハーメチックパッケージ内に設置されている、波長掃引光源。
【請求項３】
請求項２において、前記ハーメチックパッケージはバタフライパッケージである、波長掃引光源。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、さらに、
前記光学ベンチの温度を制御するように、前記光学ベンチの裏面に取り付けられた熱電冷却機を備えた、波長掃引光源。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記光源は、前記ベンチに設置された高輝度発光ダイオードを含む、波長掃引光源。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項において、前記光源は、前記ベンチに設置された半導体光増幅器を含む、波長掃引光源。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項において、前記第１の波長可変ファブリペロフィルタおよび前記第２の波長可変ファブリペロフィルタは、反射型で動作する、波長掃引光源。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において、前記第１のファブリペロ波長可変フィルタの半値全幅帯域幅は２０ＧＨｚ未満である、波長掃引光源。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項において、前記第１のファブリペロ波長可変フィルタの半値全幅帯域幅は約１０ＧＨｚ以下である、波長掃引光源。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項において、前記増幅器は半導体光増幅器である、波長掃引光源。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項において、さらに、
前記第２の波長可変ファブリペロフィルタからの前記増幅された波長可変信号を増幅する第２の増幅器を備えた、波長掃引光源。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項において、さらに、
前記第１の波長可変ファブリペロフィルタと前記増幅器との間にアイソレータを備えた、波長掃引光源。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項において、前記増幅器と前記第２の波長可変ファブリペロフィルタとの間にアイソレータを備えた、波長掃引光源。
【請求項１４】
走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成するように、光源からの光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変フィルタと、
前記波長可変光信号を増幅する光増幅器であって、前記増幅された波長可変光信号は、レーザ共振器を形成することなく、前記波長可変フィルタによってフィルタリングされている、光増幅器と、
前記波長可変光信号を、レーザ発振を防止しながら前記波長可変フィルタに戻るように方向転換する、反射体とループのいずれか一方または両方とを備えた、掃引源。
【請求項１５】
請求項１４において、前記光源は、前記走査帯域にわたって光を生成する増幅自然放出源を備えた、掃引源。
【請求項１６】
請求項１４または１５において、前記波長可変フィルタはファブリペロ波長可変フィルタである、掃引源。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか一項において、前記波長可変光学フィルタの通過帯域は、半値全幅で２０ギガヘルツ未満である、掃引源。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか一項において、さらに、
波長調整コントローラであって、前記波長可変フィルタを駆動して、前記走査帯域にわたって１０キロヘルツよりも大きい速度で波長調整させる波長調整コントローラを備えた、掃引源。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか一項において、さらに、
波長調整コントローラであって、前記波長可変フィルタを駆動して、前記走査帯域にわたって１００キロヘルツよりも大きい速度で波長調整させる波長調整コントローラを備えた、掃引源。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれか一項において、前記光増幅器は半導体光増幅器である、掃引源。
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれか一項において、前記反射体が、前記光増幅器を２度目に通過させて前記波長可変フィルタに戻るように、前記波長可変光信号を反射する、掃引源。
【請求項２２】
請求項１４〜２１のいずれか一項において、前記ループが、前記光増幅器を含む、掃引源。
【請求項２３】
請求項１４〜２２のいずれか一項において、さらに、
前記波長可変フィルタによってフィルタリングされている前記波長可変光信号の偏光を回転させる偏光回転システムを備えた、掃引源。
【請求項２４】
走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成するように、波長可変フィルタで光をスペクトル的にフィルタリングする工程と、
増幅された波長可変光信号を生成するように、前記波長可変光信号を増幅する工程と、
前記増幅された波長可変光信号を、前記波長可変フィルタでスペクトル的にフィルタリングする工程と、
前記波長可変光信号を、反射体とループのいずれか一方または両方によって、レーザ発振を防止しながら前記波長可変フィルタに戻るように方向転換する工程とを備えた、波長可変光信号の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２００９年９月３日に出願された米国出願第１２／５５３，２９５号の一部継続出願である、２０１０年５月８日に出願された米国出願第１２／７７６，３７３号に基づく優先権を主張する。両出願はこれを参照することによって本明細書に全体が組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンス分析では、参照波と試験波の間の干渉現象、または試験波の２つの部分の間における干渉現象を利用することにより、距離および厚さを測定し、試料の屈折率を計算する。光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、通常、断面の高解像度の画像化を実行するために使用される技法の一例である。ＯＣＴは、例えば、リアルタイムの顕微鏡スケールによる生物組織の構造の画像化などに利用されることが多い。光波が、対象物すなわち試料から反射され、そしてコンピューターが、これら光波が反射時にいかに変化するかについての情報を用いて対象物の断面画像を生成する。
【０００３】
当初のＯＣＴ画像技法は、マイケルソン干渉計装置における可動参照ミラーを使用した時間領域ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）であった。ごく最近では、フーリエ領域ＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）が開発されている。２つの関連するＦＤ−ＯＣＴ技法として、時間符号化ＯＣＴおよびスペクトル符号化ＯＣＴがある。これらのフーリエ領域技法は、時間符号化ＦＤ−ＯＣＴ（ＴＥＦＤ−ＯＣＴ）つまり掃引光源ＯＣＴと称されることもある波長掃引光源および単一の検知器を使用するか、またはスペクトル符号化ＦＤ−ＯＣＴつまりＳＥＦＤ−ＯＣＴと称されることもある広帯域光源およびスペクトル分解検知器システムを使用する。これら３つのＯＣＴ技法は、フーリエ変換分光計、可変同調レーザ分光計、および検知器アレイによる分光計を備えた分散回折格子によってそれぞれ実現される３つの分光法アプローチと同等のものである。
【０００４】
これらの様々なＯＣＴ技法は異なる性能特徴を提供する。ＦＤ−ＯＣＴは速度および信号対ノイズ比（ＳＮＲ）において時間領域ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）よりも優れている。２つのフーリエ領域ＯＣＴ技法のうち掃引光源ＯＣＴつまりＴＥＦＤ−ＯＣＴは、バランスのとれた偏光ダイバーシティ検知能力を有するためＳＥＦＤ−ＯＣＴよりも明らかに優れている。また、安価で高速の検知器アレイが利用できない波長域において画像化を行う場合にも優れている。
【０００５】
ＴＥＦＤ−ＯＣＴつまり掃引光源ＯＣＴはさらにいくつかの点でＳＥＦＤ−ＯＣＴよりも優れている。スペクトル成分は、大型の回折格子が必要とされる空間分離によって符号化されるものではなく、小型の掃引波長光源が利用できる時間符号化が行われる。スペクトルは掃引源の連続した周波数ステップでフィルタリングされるかまたは生成され、フーリエ変換前に再構成（復元）される。周波数走査掃引源を使用すると、光学的構成は複雑でなくなりより小型になるが、重要である性能が、光源、特にその波長調整速度（同調速度）や精密度に左右されることになる。
【０００６】
ＴＥＦＤ−ＯＣＴシステム用の掃引源は、典型的には波長可変（可変同調（tunable））レーザであった。波長可変レーザの利点としては、スペクトルの輝度が高いことや光学設計が比較的簡素であることが挙げられる。典型的な波長可変レーザは半導体光増幅器（ＳＯＡ）のような利得媒体から構成される。この利得媒体は、回転回折格子、回転ミラーを備えた固定回折格子、またはファブリペロ波長可変フィルタなどの共振器内波長可変フィルタを含む、光レーザ共振器内部に配置されている。現在、最速のＴＥＦＤ−ＯＣＴレーザのいくつかは、D.Flanders、M.Kuznetsov、およびW.Atiaによる「Laser with Tilted Multi Spatial Mode Resonator Tuning ELEMENT（傾斜型マルチ空間モード共振器波長調整素子を備えたレーザ）」と題された米国特許第７，４１５，０４９Ｂ１号に記載のレーザ設計に基づく。これらの高度に一体化された設計によって、レーザ共振器内におけるラウンドトリップ光学移動時間が短く保たれた、短いレーザ共振器を実現できる。これによりレーザは高速波長調整が基本的に可能となる。さらに、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）ファブリペロ波長可変フィルタを使用することによって、広いスペクトル走査帯域に対する特性と、低質量で高い機械共振周波数の偏向が可能で高速に波長調整ができるＭＥＭＳ薄膜とが組み合わせられる。
【０００７】
別のＯＣＴ用掃引レーザ源としては、米国特許第７，４１４，７７９Ｂ２号に記載された周波数領域モードロックレーザ（ＦＤＭＬ）がある。ＦＤＭＬレーザは、偏光制御や有効長安定化が必要とされる、非常に長くキロメートルまたはそれ以上のファイバリングレーザ共振器において、半導体光増幅器を使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、レーザによる掃引光源の使用には問題がある。瞬間的なレーザ放出（発光）は、レーザの波長可変フィルタの通過帯域内で同時にレーザ発振する、レーザ共振器における１つ以上の縦モードを特徴とする。そして、レーザが波長調整を行うと、これらのモード内のパワーがモード間においてシフトし、波長可変フィルタ通過帯域のシフトに伴って利得が得られる新たな共振器モードにシフトする。レーザ放出におけるこのマルチモードのスペクトル構造によって相対強度ノイズ（ＲＩＮ）が増加し、これによりＯＣＴシステムの性能が低下する。別の問題は、汎用の半導体利得媒体を使用した波長可変レーザは一般には一方向、すなわち長波長においてしか良好に波長調整を行わないことである。これはボガトフ効果と呼ばれることの多い、半導体における非線形で非対称の利得効果によるものである。所与の波長における半導体内の光信号の場合、光波の波長が長いほど光学利得が少し高くなり、光波の波長が短いほど光学利得が少し低くなる。このように非対称で非線形に利得が分布することにより、長波長方向における動的な波長調整が優先されるが、この場合、光学利得が少し高くなり、短波長方向における波長調整を妨げる。
【０００９】
波長可変レーザ光源における別の制約としては、これらの波長調整速度がレーザ共振器のラウンドトリップ時間によって制限されることが挙げられる。レーザ共振器を短くすることで、より速い走査速度は可能になるが、縦モードの間隔が増大するため、フィルタ線幅内でレーザ発振が可能となるモードの数が減少する。レーザ発振モードの数が減少すると、ＲＩＮが増加し、最終的にはモードホッピングを引き起こす可能性がある。一方、より低いレーザＲＩＮを実現するために、フィルタ線幅を増大させて多数のモードがレーザ発振することは可能であるが、この増大したレーザ線幅によって結果的にコヒーレンス長が短くなり、対象物をより深く画像化する上で不適切になる場合がある。掃引源ＯＣＴシステムにおいて画像化が可能な最大深さは、システム光源のコヒーレンス長の２分の１として求められる。コヒーレンス長は掃引源の動的線幅に反比例する。さらに、所与の共振器長およびフィルタ線幅については、走査速度を増加させることでコヒーレンス長が短くなり、最終的に光源のレーザ発振を停止させる。
【００１０】
波長可変レーザ固有の欠点を回避する可能性を有する掃引源の別の種類としては、フィルタ増幅自然放出（ＡＳＥ）源（フィルタを組合わせた増幅自然放出源）があり、これは典型的にはＡＳＥによる光を生成する光源である広帯域の発光源と、それに続いて設けられた波長可変フィルタと、光増幅器とを組み合わせたものである。この構成に基づく最速の速度装置のいくつかは、W.Atia、D.Flanders、P.KotidisおよびM.Kuznetsovによる、「Integrated Spectroscopy System（一体化された分光システム）」と題された米国特許第７，０６１，６１８Ｂ２号に記載されている。この文献は、拡散反射分光法、およびＯＣＴのような他の分光器用途における分光法エンジンについて説明している。フィルタＡＳＥ掃引源の多くの変形例が、増幅されたものやトラッキングフィルタを備えたものを含めて、説明されている。
【００１１】
さらに最近では、Eigenwilligらは「Wavelength swept ASE（波長掃引ＡＳＥ源）」、Conference Title：Optical Coherence Tomography and Coherence Techniques IV，Munich，Germany，Proc.SPIE 7372,73720O（２００９年７月１３日）と題された論文において、フィルタＡＳＥ源の変形構成を提案している。この論文は、ＡＳＥ源および第１の増幅段の両方として機能するＳＯＡを備えた供給源（光源）について説明している。第２のＳＯＡ増幅段が続いて設けられる一次トラッキングフィルタ装置において、２つのファブリペロ波長可変フィルタが使用される。
【００１２】
このようなフィルタＡＳＥ掃引源は、典型的には一部のレーザに比べて光学的により複雑であるが、性能面でいくつかの利点を有する。例えば、これらフィルタＡＳＥ掃引源はレーザ光共振器を有しないため、有限である共振器ラウンドトリップ時間によって課せられるレーザ波長調整速度による制限がない。さらに、レーザ共振器がないため、レーザ共振器における離散した縦モードに関する問題が回避される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
概して、本発明の一構成によれば、増幅器とトラッキングフィルタとを備えた一体型フィルタＡＳＥ掃引光源を特徴とする。この光源は、マイクロ光学ベンチと、広帯域光を生成する供給源（光源）と、ベンチに設置され、広帯域光源からの広帯域光をスペクトル的にフィルタリングして波長可変信号を生成する第１の波長可変ファブリペロフィルタと、ベンチに設置され、波長可変信号を増幅する増幅器と、ベンチに設置され、増幅器からの増幅された波長可変信号をスペクトル的にフィルタリングする第２の波長可変ファブリペロフィルタとを備える。光ファイバで接続された、個々のパッケージのファイバピッグテール型光学構成要素ではなく、単一のベンチへの実装を使用することで、低コストにもかかわらずより高性能のシステムが実現される。例えば、構成要素間における偏光制御が一般には不要である。
【００１４】
概して、本発明の別の構成によれば、光コヒーレンストモグラフィシステムを特徴とする。このシステムは、マイクロ光学ベンチと、広帯域光を生成する供給（光源）と、ベンチに設置され、広帯域光源からの広帯域光をスペクトル的にフィルタリングして波長可変信号を生成する波長可変ファブリペロフィルタと、ベンチに設置され、波長可変信号を増幅する増幅器とを含む波長掃引光源を備える。干渉計は、波長掃引光源からの増幅された波長可変信号を試料アームおよび参照アームに伝送し、試料アームおよび参照アームからの光信号を合成して干渉信号を生成する。ここで、ＯＣＴシステムにおける単一のベンチへの実装によって、主にこのようなシステムの安定性を向上させた結果として、より高い性能が実現される。
【００１５】
概して、本発明の別の構成によれば、２段増幅を備えた掃引光源を特徴とする。この光源は、広帯域光を生成する供給源（光源）と、広帯域光源からの広帯域光をスペクトル的にフィルタリングして波長可変信号を生成する波長可変ファブリペロフィルタと、波長可変信号を増幅する第１の増幅器と、第１の増幅器からの波長可変信号を増幅する第２の増幅器とを備える。
【００１６】
概して、本発明のさらに別の構成によれば、広帯域光を生成する光源と、広帯域光源からの広帯域光をスペクトル的にフィルタリングして波長可変信号を生成する波長可変ファブリペロフィルタと、波長可変信号を増幅する第１の増幅器と、第１の増幅器からの波長可変信号を増幅する第２の増幅器とを含む波長掃引光源を備える光コヒーレンストモグラフィシステムを特徴とする。干渉計は、波長掃引光掃引源からの増幅された波長可変信号を試料アームおよび参照アームに伝送し、試料アームおよび参照アームからの光信号を合成して干渉信号を生成する。
【００１７】
概して、本発明のさらに別の構成によれば、広帯域光を生成する半導体光増幅器と、広帯域供給源（広帯域光源）からの広帯域光をスペクトル的にフィルタリングして、第２の半導体光増幅器によって増幅される波長可変信号を生成する波長可変ファブリペロフィルタと、増幅された波長可変信号からの半導体光増幅器内への後方反射を防止する光アイソレータ（アイソレーション）とを備えた波長掃引光源を特徴とする。
【００１８】
一般には、ＡＳＥ光源において１つ以上のＳＯＡ増幅段が必要である。これはシード広帯域ＡＳＥ光源が広いスペクトル領域にわたって光を生成するためである。波長可変フィルタは次に、その光のほとんどを伝送させず（はね返し）、波長可変フィルタの典型的に狭いスペクトルの通過帯域中の光のみを伝送させる。その結果、この狭帯域信号のパワーは比較的弱いものとなる。これはシードＡＳＥ光源によって生成された光のほとんどが伝送されず使用されないことが理由である。この問題は、一般には波長可変レーザ光源においては生じない。これはＳＯＡがレーザ共振器内部に配置されており、波長可変フィルタの通過帯域内の放出波長（発光波長）のみで主に光を生成するためである。
【００１９】
ほとんどの用途においてＳＯＡ増幅段が１つ以上必要であることから、１つ以上のトラッキングフィルタが必要となる。これは、一次フィルタからの比較的弱い信号が増幅される場合に、信号のパワーそのものに匹敵するノイズパワーが付加されて、一次波長可変フィルタの通過帯域外における付加的な広帯域光学ノイズの影響が大きくなるためである。したがって、この一次フィルタの通過帯域外におけるノイズを減衰させるために、トラッキングフィルタが多くの場合において必要とされる。
【００２０】
しかし、複数の波長可変フィルタを使用すると、それ自体の問題が発生する。二次フィルタによってシステムにおける部品数が増加する。さらに、動作中はフィルタ同士を良好に同期する必要がある。両方のフィルタが波長調整される際には、これらフィルタの通過帯域の波長を正確に揃える必要がある。このように通過帯域波長が揃えられなければ、出力信号光のパワーレベルが著しく悪化してしまう。さらに、ＯＣＴシステムにおいては高速走査が望ましい場合が多い。この場合、フィルタのスペクトルを揃えることがさらに複雑であり、フィルタ波長調整の同期を極めて正確かつ高速で動的に行う必要がある。
【００２１】
フィルタ同期の必要条件を緩和するために、トラッキングフィルタの通過帯域が一次フィルタよりも極めて広くなるように選択される。一例においては、一次フィルタの幅が数十ギガヘルツ（ＧＨｚ）であってもよく、トラッキングフィルタの幅は約１００ＧＨｚであってもよい。これにより、トラッキングフィルタが一次フィルタの動作をトラッキングする際の精度が緩和される。以下の順によるフィルタの配置がいずれも可能である。（ｉ）狭い方のフィルタが元々の広帯域シードＡＳＥをフィルタリングしてもよく、広い方のトラッキングフィルタが増幅段に続いて設けられる。（ｉｉ）広い方のフィルタが元々の広帯域シードＡＳＥをフィルタリングするのに用いられて、狭い方のフィルタが次に増幅段のＡＳＥをフィルタリングするのに用いられる。しかし、この広域用フィルタと狭域用フィルタを組合せた構成には不利な点がある。比較的広い方のトラッキングフィルタは信号光周囲の帯域における過度のＡＳＥ放出を許容する。最終的に、各フィルタは時間経過に伴って別々にドリフトする可能性があり、これによってフィルタ波長調整システムを較正する必要が生じたり、フィルタ波長調整制御ループが複雑化したりする。
【００２２】
本発明の別の構成は、これらの問題の一部またはすべてに対処可能な掃引光源に向けられる。これはセルフトラッキング構成において波長可変フィルタを使用するものである。すなわち、光が同一のフィルタを複数回通過する。これには、波長可変フィルタにおける通過ごとにフィルタ伝達関数を適用する効果がある。これによって信号のスペクトル幅が連続的に狭小化される。これは、狭い線幅、ひいてはより深い画像化に必要な長いコヒーレンス長のために望ましい。同時に、このセルフトラッキング構成においてこのフィルタを使用すると、２つのフィルタの波長調整を同期させるという複雑な作業が不要となる。
【００２３】
概して、セルフトラッキング形態に関連する本発明の一構成によれば、光源からの光をスペクトル的にフィルタリングして、走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成する波長可変フィルタと、波長可変光信号を増幅する光増幅器とを備え、この増幅された波長可変光信号は、波長可変フィルタによってフィルタリングされている、掃引光源を特徴とする。
【００２４】
各実施形態において、供給源（光源）は、走査帯域にわたって光を生成する広帯域光源である。実現態様においてこの光源は、走査帯域にわたって光を生成する、増幅自然放出源である。
【００２５】
各実施形態において、波長可変フィルタは、微小電子機械システムファブリペロ波長可変フィルタのようなファブリペロ波長可変フィルタである。このフィルタの通過帯域は好ましくは２０ギガヘルツ未満（ＦＷＨＭ）であり、５ギガヘルツ未満（ＦＷＨＭ）であることが多い。
【００２６】
他の実施形態において、波長可変フィルタは、回折格子、音響光学波長可変フィルタ、または傾斜型波長調整干渉／エタロンフィルタに基づく。
【００２７】
いくつかの用途に対しては、波長調整コントローラを好ましくは使用して、波長可変フィルタを駆動し、走査帯域にわたって１０キロヘルツよりも速い速度で、好ましくは１００キロヘルツよりも速い速度で波長調整させる。
【００２８】
本実施形態においては、光増幅器は半導体光増幅器を備える。ある場合には、反射体を使用して波長可変光信号を反射して、２度目は波長可変フィルタに戻るように光増幅器を通過させる（通り抜けさせる）。他の場合には、光増幅器を含むループを使用して波長可変光信号を波長可変フィルタに戻るように方向転換する。
【００２９】
偏光回転システムを使用して、波長可変フィルタによってフィルタリングされている波長可変光信号の偏光を回転させる。このシステムは非可逆偏光回転素子を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態において、波長可変光信号の波長可変フィルタによるフィルタリングは、波長可変フィルタによる増幅された波長可変光信号のフィルタリングと同一方向である。他の実施形態において、波長可変光信号の波長可変フィルタによるフィルタリングは、波長可変フィルタによる増幅された波長可変光信号のフィルタリングと反対方向である。
【００３１】
概して、セルフトラッキング形態に関連する本発明の別の構成によれば、光をスペクトル的にフィルタリングして、走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を波長可変フィルタによって生成することと、波長可変光信号を増幅して、増幅された波長可変光信号を生成することと、増幅された波長可変光信号を同一の波長可変フィルタでスペクトル的にフィルタリングすることとを備えた、波長可変光信号の生成方法を特徴とする。
【００３２】
概して、セルフトラッキング形態に関連する本発明のさらに別の構成によれば、光をスペクトル的にフィルタリングして、スペクトル帯域にわたってスペクトル的に波長調整を行う波長可変光信号を生成する波長可変フィルタと、波長可変光信号を増幅する光増幅器とを備え、増幅された波長可変光信号は波長可変フィルタによってフィルタリングされている、波長可変増幅器を特徴とする。
【００３３】
概して、セルフトラッキング形態に関連する本発明のさらに別の構成によれば、光源からの光をスペクトル的にフィルタリングして、走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成する波長可変フィルタと、１度目の通過では波長可変光信号を増幅する光増幅器と、２度目の通過では波長可変光信号を反射して光増幅器を通過させる反射体とを備えた掃引源（掃引光源）を特徴とする。
【００３４】
概して、セルフトラッキング形態に関連する本発明のさらに別の構成によれば、光源からの光をスペクトル的にフィルタリングして、走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成する波長可変フィルタと、波長可変光信号を増幅する光増幅器とを含み、増幅された波長可変光信号が波長可変フィルタによってフィルタリングされている、掃引光源を備えた光コヒーレンス分析システムを特徴とする。マイケルソン干渉計が、増幅された波長可変光信号を参照アームと試料アームとに分割し、参照アームおよび試料アームからの光信号を合成することで干渉信号を生成する。最後に、検出器システムが干渉信号を検出する。
【００３５】
構造および部分の組合せにおける様々な新規の詳細を含む本発明の上記および他の特徴、ならびに他の利点はここでは特に添付図面を参照して説明され、請求項において記述されるであろう。本発明を具体化する特定の方法および装置は説明のために例示されるものであって、本発明を限定するものではないことが理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく様々な多数の実施形態において採用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる掃引光源のブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる掃引光源のブロック図である。
【図３Ａ】本発明の第３実施形態にかかる掃引光源のブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ａの掃引光源において使用される反射型ファブリペロ波長可変フィルタの概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの波長可変フィルタの再帰反射伝達関数を示す波長の関数として反射率をデシベル（ｄＢ）単位で示したグラフである。
【図４】本発明の第５実施形態にかかる掃引光源のブロック図である。
【図５Ａ】走査帯域にわたる掃引光源の波長可変信号のスペクトル走査を示したグラフであって、ナノメートル（ｎｍ）単位の波長の関数としてパワー（ｄＢｍ）をプロットしたグラフである。
【図５Ｂ】走査帯域にわたる掃引光源の波長可変信号のスペクトル走査を示したグラフであって、ナノメートル（ｎｍ）単位の波長の関数としてパワー（ｄＢｍ）をプロットしたグラフである。
【図５Ｃ】走査帯域にわたる掃引光源の波長可変信号のスペクトル走査を示したグラフであって、ナノメートル（ｎｍ）単位の波長の関数としてパワー（ｄＢｍ）をプロットしたグラフである。
【図５Ｄ】走査帯域にわたる掃引光源の波長可変信号のスペクトル走査を示したグラフであって、ナノメートル（ｎｍ）単位の波長の関数としてパワー（ｄＢｍ）をプロットしたグラフである。
【図５Ｅ】走査帯域にわたる掃引光源の波長可変信号のスペクトル走査を示したグラフであって、ナノメートル（ｎｍ）単位の波長の関数としてパワー（ｄＢｍ）をプロットしたグラフである。
【図５Ｆ】走査帯域にわたる掃引光源の波長可変信号のスペクトル走査を示したグラフであって、ナノメートル（ｎｍ）単位の波長の関数としてパワー（ｄＢｍ）をプロットしたグラフである。
【図５Ｇ】波長調整範囲が１００ｎｍで５０ｋＨｚの速度で正弦波状に調整されたフィルタＡＳＥ掃引源の時間平均スペクトルを示す波長の関数としてパワーをプロットしたグラフである。
【図６Ａ】第１実施形態にかかる掃引光源の上面概略図である。
【図６Ｂ】第１実施形態にかかる掃引光源の斜視概略図である。
【図６Ｃ】第１実施形態にかかる掃引光源の側面概略図である。
【図７】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第１実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、ダブルパス（２つの経路の）反射型増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図８】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第２実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、アイソレータを使用したダブルパス反射型増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図９】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第３実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、アイソレータを使用したダブルパス反射型増幅段とを備えた掃引光源の平面図である。
【図１０】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第４実施形態にかかる、ループ増幅段を有する偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１１Ａ】セルフトラッキング構成に関連する第５実施形態にかかる、ループ増幅段を有する偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタを備えた掃引光源の上面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの掃引光源の斜視図である。
【図１２】セルフトラッキング構成に関連する第６実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、２段増幅器を有するループ増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１３】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第７実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、追加のトラッキングフィルタを有するループ増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１４】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第８実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、ループ増幅段と、出力増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１５】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第９実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した同一方向セルフトラッキングフィルタと、ダブルパスループ増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１６】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第１０実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した同一方向セルフトラッキングフィルタと、ループ増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１７】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第１１実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用したフィルタループにおける同一方向セルフトラッキングフィルタと、ダブルパス反射型増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１８】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第１２実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用したフィルタループにおける同一方向セルフトラッキングフィルタと、ダブルパス反射型増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図１９】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第１３実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用したダブルパス増幅器フィルタループにおける同一方向セルフトラッキングフィルタと、トラッキングフィルタを有する付加的な増幅段とを備えた掃引光源のブロック図である。
【図２０】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第１４実施形態にかかる、２重ループを有する偏光ダイバーシティを使用した同一方向ダブルパスセルフトラッキングフィルタを備えた掃引光源のブロック図である。
【図２１】セルフトラッキング構成に関連する本発明の第１５実施形態にかかる、偏光ダイバーシティを使用した増幅ダブルパスループにおける同一方向セルフトラッキングフィルタと、第２の出力ループとを備えた掃引光源のブロック図である。
【図２２】新規な掃引光源を使用したＯＣＴシステムのブロック図である。
【図２３】新規な掃引光源を使用した分光システムのブロック図である。
【図２４】広帯域光信号のスペクトル範囲と、走査帯域と、波長可変光信号との関係を示す波長（ナノメートル）の関数としてパワーをプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
添付図面において、参照文字は異なる図面においてもすべて同一部品を指している。図面は必ずしも尺度で示されておらず、むしろ本発明の原理を説明することに重点を置いている。
【００３８】
以下の説明では、異なる実施形態における同様の構成要素については、多くの場合、同一または同様の参照番号を付与することにより同様の構造および機能性を示す。
【００３９】
図１は、本発明の原理に従って構成された第１実施形態にかかる掃引光源２００を示す。
【００４０】
掃引光源２００は、広帯域光信号を生成する広帯域光源１１２を備える。一般に、広帯域信号は、ほとんどの実現態様においては、波長が半値全幅（ＦＷＨＭ）で少なくとも４０ナノメートル（ｎｍ）の帯域幅にわたる連続スペクトルを特徴とする。典型的には、連続スペクトルは少なくとも７０ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ以上にわたる。しかし、より狭い走査帯域が許容される他の実施形態においては、広帯域信号の帯域幅は４０ナノメートル未満である。さらに別の実施形態においては、広帯域光源１１２は、それぞれ異なる帯域をカバーする（対象とする）複数の個別の光源またはチップから構成され、これによって別個のより狭い帯域信号が合成されて、効果的により広い帯域光源が作り出される。
【００４１】
本願明細書で説明される各実施形態において、提案するフィルタ掃引光源は、広帯域の増幅自然放出（ＡＳＥ）源から始まっている。半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、このような広帯域のＡＳＥの有効な光源である。ＳＯＡは、典型的には、入力光を増幅するために、光入力および光出力で構成される。入力光がない場合、ＳＯＡ出力にはＡＳＥのみが現われる。広帯域ＡＳＥ光源として、高輝度発光ダイオード（ＳＬＥＤ）が使用されることもある。ＳＬＥＤは、典型的には、出力ＡＳＥ信号への光アクセスがあるが、ＳＯＡ入力への光アクセスがない、ＳＯＡである。
【００４２】
好ましい実施形態において、広帯域光源１１２は、ベンチ１１０に接着または他の方法で取り付けられた、電気的に励起された半導体ダイオードチップ利得媒体である。このような装置はＡＳＥによって広帯域光を生成する。光源１１２の一般的な例としては、高輝度発光ダイオード（ＳＬＥＤ）や、ＳＬＥＤ構成で実現される（つまり、ＡＳＥ光の生成機能を有する）半導体光増幅器（ＳＯＡ）が挙げられる。このような広帯域ＡＳＥ光源は、中心波長が例えば８４０ナノメートル（ｎｍ）、１０６０ｎｍ、または１３１０ｎｍ付近となるように製造されることが多い。
【００４３】
チップ利得媒体の材料系は所望のスペクトル動作範囲に応じて選択される。一般的な材料系はIII-V半導体材料に基づくものであり、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓなどの二元材料、その他ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂなどの三元、四元、および五元合金が挙げられる。集合的に、これら材料系は、複数のマイクロメートル波長にわたる長波長範囲を含む約４００ｎｍから２０００ｎｍまでの動作波長をサポートする。典型的には、半導体量子井戸および量子ドット利得領域を使用することで、特に広い利得帯域幅が得られる。ここでは端面発光チップを使用しているが、異なる実現態様においては垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）チップを使用できる。
【００４４】
光源１１２に半導体チップ利得媒体を使用することはシステム統合の観点から有利である。これは、半導体チップ利得媒体をサブマウントに接着させ、次にそのサブマウントをベンチ１１０に直接接着することが可能であることによる。しかし、他の実現態様において他の可能な利得媒体を使用してもよい。これらの例において、広帯域信号は、典型的には光ファイバを通ってベンチ１１０に伝送される。このような伝送媒体の例として、希土類（例えばＹｂ、Ｅｒ、Ｔｍ）が添加された水晶、バルクガラス、導波路、または光ファイバなどの固体利得媒体が挙げられる。
【００４５】
チップまたは利得導波路もしくはファイバの出力面には反射防止コートが施され、場合によっては角度がつけられている。これにより、出力ＡＳＥ信号（ＡＳＥの出力信号）は利得媒体内に戻されず、利得媒体はレーザ発振することなく、代わりにＡＳＥを介して広帯域光を生成する。ＳＯＡ増幅器内を通る同一方向または反対方向の２つの光経路が用いられる場合がある。光共振器などから利得媒体内に繰り返し周期的に光がフィードバックされると、装置がレーザ発振し、例えばこの装置の波長調整が不可能となることで、フィルタＡＳＥ掃引光源に必要な動作形態が損なわれてしまう。ここで提案する各ＡＳＥ掃引光源構成では、アイソレータを使用するなどの工夫をすることで、利得素子周囲に光共振器が形成されないようにし、これにより、装置の動作を損なうことになる装置のレーザ発振が防止される。
【００４６】
本実施形態および他の実施形態における広帯域光源１１２は、ＡＳＥを介して光を生成する光源のみに限定されるわけではない。他の実施形態においては、広帯域光源１１２は、例えば非線形ファイバによるスーパーコンティニューム光源、ラマン光源、またはパラメトリック光源として実現される。
【００４７】
ベンチ１１０はマイクロ光学ベンチ１１０と呼ばれ、好ましくは幅１０ミリメートル（ｍｍ）未満で長さ約５０ｍｍ以下である。このサイズにより、標準サイズまたは標準に近いサイズのバタフライまたはＤＩＰ（デュアルインラインピン）のハーメチック（気密）パッケージ内にベンチ１１０を設置することが可能となる。一実現態様において、ベンチ１１０は窒化アルミニウムから製造される。熱電冷却機をベンチ１１０とパッケージとの間に配置（ベンチ１１０の裏面およびパッケージの内側底面の両方に取り付けるか、はんだ接合）してベンチ１１０の温度制御を行う。
【００４８】
広帯域光源１１２からの広帯域光信号はアイソレータ２１４にカップリング（結合）される。好ましくはアイソレータ２１４もベンチ１１０に接着または他の方法で取り付けられる。このアイソレータ２１４により広帯域光源１１２へのフィードバックが防止される。このフィードバックは、レーザ発振、または広帯域光源からの広帯域光信号の発光スペクトルにおけるリップルの発生のような変化の原因となりうるものである。
【００４９】
第１の波長可変（可変同調）フィルタ２１６は波長可変バンドパスフィルタとして機能して広帯域信号を狭帯域波長可変信号に変換する。本実施形態においては、第１の波長可変フィルタの通過帯域は半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅が２０または１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満であり、好ましくは５ＧＨｚ以下である。分光法においては、この比較的狭い通過帯域によって高いスペクトル分解能が得られる。光コヒーレンストモグラフィにおいてこの高いスペクトル分解能は、光源のコヒーレンス長が長いことを意味するため、試料をより深く、例えば５ｍｍよりも深く画像化することが可能になる。試料を深さ１ｍｍ未満までしかＯＣＴ画像化しないような、より低性能の用途においては、約２００ＧＨｚ以下の通過帯域のような、より広いＦＷＨＭ通過帯域が適切な場合もある。
【００５０】
本実施形態においては、第１の波長可変フィルタは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技法を使用して製造されるファブリペロ波長可変フィルタである。この波長可変フィルタは、直接はんだ接合するなどしてベンチ１１０に取り付けられる。ここでは、フィルタ２１６は米国特許第６，６０８，７１１号または第６，３７３，６３２号に記載の方法で製造される。これらの米国特許はこれを参照することによって本明細書に組み込まれる。ここで、曲面−平面共振器構造が使用される。この構造は、概平面ミラー（ほぼ平面状のミラー）とこれに対向する曲面ミラー（曲面状のミラー）とによってフィルタ光共振器が画定され、その光学的長さが少なくとも一方のミラーの静電偏向によって調整される。
【００５１】
本実施形態および下記の他の実施形態において、他の波長可変フィルタおよびスペクトルフィルタ技法の使用が可能である。いくつかの実現態様においては、回転回折格子と、回転ミラーを備えた回折格子とを含む回折格子フィルタが使用される。また、さらに別の実現態様においては、圧電的かつ熱的に波長調整されるファブリペロフィルタを含む他のファブリペロフィルタ技法が使用される。さらなる例においては、回転（スピン）を含む角度調整が行われるファブリペロエタロン、および回転（スピン）を含む角度調整が行われる干渉フィルタが使用される。薄膜干渉フィルタは、基板上に介在スペーサと共に薄膜反射コーティングを蒸着させることによって形成された数個の結合したＦＰフィルタの一群であり、これらは波長分割多重（ＷＤＭ）でチャネルを選択する用途において広く用いられる。別の選択肢としては、音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）がある。
【００５２】
第１の波長可変フィルタ２１６の通過帯域によって生成される波長可変光信号は、第１の増幅段の第１の光増幅器２２０において増幅される。好ましくは、第１の光増幅器は、反射防止コートが施され、前面および後面に角度が付けられたＳＯＡであり、典型的にはサブマウントを介した取付けによってベンチ１１０上に一体化される。
【００５３】
第１の波長可変フィルタ２１６と第１の増幅器２２０との間の第２のアイソレータ２１８によって、第１の増幅器２２０の前面と第１の波長可変フィルタ２１６との間の後方反射がこれら２つの素子間の寄生反射に起因したレーザ発振またはその他のスペクトルリップルを引き起こすことが防止される。第２のアイソレータ２１８も、好ましくはベンチ１１０に接着または他の方法で取り付けられる。
【００５４】
第１の増幅器２２０からの増幅された波長可変信号は第２の波長可変フィルタ２２２によって再び通過帯域でフィルタリングされる。この第２のフィルタ２２２は、好ましくは前述のような波長可変ＭＥＭＳファブリペロフィルタであり、好ましくは同様にサブマウントを介してベンチ１１０にはんだ接合されるかまたは他の方法で取り付けられる。いくつかの実現態様においては、第１の波長可変フィルタ２１６と第２の波長可変フィルタ２２２との唯一の違いは、第２の波長可変フィルタ２２２が第１の波長可変フィルタ２１６よりも、例えば周波数で２〜２０倍のような、わずかに広い通過帯域を有することである。この第２のフィルタ２２２はトラッキングフィルタ（追随フィルタ）と呼ばれる。これは第１の波長可変フィルタ２１６と同期して走査することによって第１のフィルタの波長調整をトラッキング（、つまり第１のフィルタの波長調整に追随）するように制御されるからである。トラッキングフィルタは主に、第１の増幅器２２０によってもたらされるＡＳＥノイズを除去し、さらに波長可変信号をスペクトル的に形付けて狭める機能を有する。
【００５５】
第２の波長可変フィルタ２２２の第１の波長可変フィルタ２１６との同期トラッキングは、波長可変フィルタ２１６、２２２の両方を駆動するトラッキングコントローラ１５２によって制御される。好ましくは、トラッキングコントローラ１５２は、スペクトルに関して、第２の波長可変フィルタ２２２の通過帯域を第１の波長可変フィルタ２１６の通過帯域に集中させ（つまり、第２の波長可変フィルタ２２２の通過帯域の中心と第１の波長可変フィルタ２１６の通過帯域の中心とを合致させ）、次に、これら２つの通過帯域を広帯域光源１１２および増幅器２２０、２２６の各利得帯域にわたって広がる走査帯域にわたって共に波長調整する。フィルタ２１６、２２２が、波長調整コントローラ１５２によってこれら自体の共振から離れていない周波数で同期して正弦波状に駆動される場合は、フィルタ２１６、２２２をトラッキングすることがより容易であるのは明らかである。
【００５６】
第１の増幅器２２０と第２の波長可変フィルタ２２２との間の第３のアイソレータ２２１によって、第１の増幅器２２０の後面と第２の波長可変フィルタ２２２との間の後方反射がこれら２つの素子間の寄生反射に起因したレーザ発振またはその他のスペクトルリップルを引き起こすことが防止される。第３のアイソレータ２２１も、好ましくはベンチ１１０に接着または他の方法で取り付けられる。
【００５７】
第１の光増幅器２２０によって生成され、トラッキングフィルタ２２２によってフィルタリングされる、増幅された波長可変光信号は、第２の増幅段の第２の増幅器２２６において再び増幅される。好ましくは、第２の光増幅器２２６もまた、反射防止コートが施され、前面および後面に角度が付けられたＳＯＡであり、ベンチ１１０への取付けによってベンチ１１０と一体化されるものである。制御の観点から、第２段の光増幅器２２６は通常、より低い入力飽和電力で飽和して動作することで、この最終の利得段からの広帯域ＡＳＥの関与を最小化している。
【００５８】
第２の増幅器２２６の前面と第２の波長可変フィルタ２２２との間の第４のアイソレータ２２４によって、第２の増幅器２２６の前面と第２の波長可変フィルタ２２２との間の後方反射がこれら２つの素子間の寄生反射に起因したレーザ発振またはその他のスペクトルリップルを引き起こすことが防止される。第４のアイソレータ２２４も、好ましくはベンチ１１０に接着または他の方法で取り付けられる。
【００５９】
光源２００がＯＣＴシステムにおいて掃引光源として使用される用途においては、第２の光増幅器２２６の後面から放出された出力波長可変信号（つまり掃引光信号）１９０が干渉計５０に伝送される。光源の他の用途としては、波長可変信号を使用して試料１０を照明する拡散反射分光法やラマン分光法などの、より標準的な分光法の用途が挙げられる。
【００６０】
必要であればさらなる利得段が使用されてもよい。一例においては、さらなる第３のＳＯＡとなる第３の増幅段が追加される。さらに高いパワーが要求される他の用途においては、希土類が添加されたファイバ利得段が第２のＳＯＡ２２６の後に追加される。
【００６１】
図２は、本発明の原理に従って構成された第２実施形態にかかる掃引光源２００を示す。
【００６２】
この例においては、第１の光増幅器２４０は、広帯域ＡＳＥ光源および第１の増幅段の両方を組み合わせた役割を果たす。より詳細には、広帯域信号は第１の光増幅器２４０の前面、好ましくは上述のＳＯＡにおいて生成される。この広帯域信号は第１の光増幅器２４０のＡＳＥ放出によって生成される。これら放出光は第１の波長可変フィルタ２１６にカップリングされる。第１の波長可変フィルタ２１６は、構造および設計について、好ましくは第１実施形態に関連して説明した通りである。
【００６３】
第１の波長可変フィルタによって生成された波長可変信号は、次に光サーキュレータ２４２を通過して第１の光増幅器２４０の前面にカップリングして戻される。第１の光増幅器２４０は次にこの波長可変信号を増幅し、この波長可変信号は第１の光増幅器２４０の後面から送出される。
【００６４】
増幅された波長可変信号は次に、第１実施形態に関連して説明したように、アイソレータ２２１、トラッキングフィルタ２２２、アイソレータ２２４、およびＳＯＡ２２６の一連の光学素子によってさらに増幅され、フィルタリングされ、または他の方法で調整される。ここで、トラッキングフィルタ２２２は波長調整コントローラ１５２の制御下で第１の波長可変フィルタ２１６をトラッキングする。
【００６５】
好ましい実現態様においては、第２実施形態の全ての素子は共通の光学ベンチ１１０上で一体化される。第１の増幅器２４０および第２の増幅器２２６は、好ましくはサブマウントを介してベンチ１１０にはんだ接合されたＳＯＡである。
【００６６】
図３Ａは、本発明の原理に従って構成された第３実施形態にかかる掃引光源２００を示す。
【００６７】
第２実施形態と同様に、第１の光増幅器２４０は広帯域ＡＳＥ光源および第１の増幅段の両方を組み合わせた役割を果たす。好ましくは、ベンチ１１０に接着された反射型狭帯域波長可変フィルタ２５２を使用することでサーキュレータが不要となる。この反射型狭帯域波長可変フィルタ２５２は狭帯域波長可変信号のみを反射する。
【００６８】
その他の構成については、第３実施形態は、第２実施形態に関連して説明したように、狭帯域信号が第１の光増幅器２４０によって増幅される。この狭帯域信号は第１の光増幅器２４０のフィルタＡＳＥ放出によって生成される。増幅された波長可変信号は次に、第１および第２実施形態に関連して説明したように、アイソレータ２２１、トラッキングフィルタ２２２、アイソレータ２２４、およびＳＯＡ２２６の一連の光学素子によってさらに増幅され、調整され、フィルタリングされる。ここで、トラッキングフィルタ２２２は波長調整コントローラ１５２の制御下で反射型狭帯域フィルタ２５２をトラッキングする。
【００６９】
一実現態様においては、傾斜型回折格子が反射型狭帯域フィルタ２５２として使用される。しかし、好ましい実施形態においては、反射型狭帯域フィルタ２５２は、本願明細書に組み込まれた米国特許第７，４１５，０４９Ｂ１号に記載の傾斜型マルチ空間モード共振器波長調整素子として実現される。
【００７０】
より詳細には、波長可変反射型光学フィルタ２５２は、波長可変信号を生成するためにＳＯＡ２４０への狭帯域のフィードバックを行う。典型的にはフィードバックの帯域幅は幅１５０ＧＨｚ未満（ＦＷＨＭ）である。さらに多くの場合では、ＦＷＨＭで幅１５ＧＨｚ未満である。
【００７１】
図３Ｂは、波長可変反射型狭帯域フィルタ２５２の好ましい実施形態を示す。
【００７２】
この波長可変反射型共振光学フィルタ２５２は、典型的には、ファブリペロ共振フィルタまたはＧｉｒｅｓ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ干渉計（ＧＴＩ）と称される。本実施形態においては、曲面−平面共振器構造が使用される。このように、共振光学フィルタは、概平面ミラー２９０と、これに対向する曲面ミラー２８８とを備える。これらミラー２９０，２８８が、その光学的長さが調整可能なフィルタ光共振器２８４を画定する。ＧＴＩ構造においては、入射光線から遠い方のミラー（この例ではミラー２８８）は、典型的には、入射光線に近い方のミラー（この例ではミラー２９０）よりも極めて高い反射率を有する。
【００７３】
入射光線方向に対して共振フィルタ２５２に角度を付けることによって、そしてこの共振フィルタ２５２はより高い空間モードをサポートするため、波長可変フィルタ２５２からＳＯＡ２４０内への反射を調整できる。この調整により、典型的にはファブリペロ波長可変フィルタに伴うスペクトル反射ノッチの代わりに、狭帯域のスペクトル反射のピークを得ることができる。このスペクトル反射のピークの光の周波数または波長は、ファブリペロ構造またはＧＴＩ構造のミラーギャップを変化させることによって調整できる。
【００７４】
図３Ｃは、いくつかの入射光線角度について、入射ガウスビームに戻るフィルタ再帰反射の測定結果を波長の関数としてプロットしたグラフである。入射角が約１．５度よりも大きい場合、入射角０度の再帰反射で観察されたスペクトルのノッチが、スペクトルのピークとなる。
【００７５】
図４は、本発明の原理に従って構成された第５実施形態にかかる掃引光源２００を示す。
【００７６】
この例は、図３Ａの実施形態に関連して説明したように、反射型バンドパスフィルタを利用することでアイソレータが不要となっている。
【００７７】
より詳細には、ＳＯＡまたはＳＬＥＤチップである広帯域光源１１２が、第１実施形態に関連して説明したように、広帯域光信号を生成する。この広帯域出力は反射型バンドパスフィルタ２７０に伝送される。好ましい実現態様においては、図３Ｂの波長可変反射型共振光学フィルタが使用される。これにより、第１のＳＯＡ２２０によって増幅される狭帯域波長可変信号が生成される。
【００７８】
ＳＯＡ２２０からの増幅された波長可変信号は、第１の反射型トラッキングフィルタ２７２によって再びフィルタリングされ、次に第２の増幅段のために第２のＳＯＡ２２６にカップリングされる。必要であれば、第２の反射型トラッキングフィルタ２７４を使用して波長可変信号をさらにバンドパスでフィルタリングし（帯域通過フィルタリングを行い）、ＡＳＥノイズを抑制する。
【００７９】
２つのトラッキングフィルタ２７２、２７４が第１の波長可変フィルタ２７０の波長調整をトラッキングするように、波長可変フィルタ２７０、２７２、および２７４はトラッキングコントローラ１５２によって制御される。
【００８０】
この第５実施形態は動作波長が１２００ｎｍ未満である場合において特に重要である。これは、この波長以下ではアイソレータが典型的には物理的に大きくなり高価になることによる。好ましくは、第５実施形態の構成要素は共通のマイクロ光学ベンチ１１０に取り付けられる。
【００８１】
図５Ａ〜５Ｆは、利得素子の利得スペクトルで決定される走査帯域にわたって行われる波長可変信号１９０のスペクトル走査を説明する。広帯域光源１１２および増幅器２２０、２２６、２４０などの利得素子の利得スペクトルが、有用な走査帯域３９０を決定する。ここで、走査帯域３９０は波長約１２４０〜１３６０ｎｍの間にわたる。
【００８２】
波長可変フィルタの通過帯域が、波長可変信号の幅３９０を決定する。上述の実施形態における、一次波長可変フィルタ２１６、２５２、２６２、２７０、および任意のトラッキングフィルタ２２２、２７２、２７４の動作を統率する波長調整コントローラ１５２の制御下で、この波長可変信号が走査帯域３９０にわたって走査される。具体的には、図５Ａ〜５Ｆは、走査帯域３９０にわたる波長可変信号１９０の波長調整を説明する。図５Ｇは、一次およびトラッキング波長可変フィルタが１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまでの１００ｎｍの範囲にわたって５０ｋＨｚの速度で同期走査される場合における、フィルタＡＳＥ掃引光源の時間平均スペクトルの測定結果を説明するものである。
【００８３】
図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、第１実施形態にかかる掃引光源の上面図および斜視図であり、具体的な実現態様の詳細と、システム構成要素を収容したハーメチックバタフライパッケージ４５０（パッケージの蓋を外した状態を図示している）とを示す。
【００８４】
ＳＬＥＤ広帯域光源１１２と、第１および第２のＳＯＡ増幅器チップ２２０、２２６とがそれぞれのサブマウントＳＭ上に、典型的にははんだ接合されて搭載された状態が、図示されている。これらのサブマウントは次にベンチ１１０にはんだ接合されて取り付けられる。
【００８５】
一連のカップリングレンズ構造体が構成要素間の光をカップリングするのに使用される。一般に各レンズ構造体は、設置後に位置合わせができるように変形可能なＬＩＧＡ金属取付構造体ＭＳと、内部にレンズが形成される光透過性基板Ｓとを備える。透過性基板Ｓは、典型的には取付構造体ＭＳにはんだ接合または熱圧着され、次にそれが光学ベンチ１１０にはんだ接合される。
【００８６】
レンズ構造体４１０は、ＳＬＥＤチップ１１２からの広帯域信号をアイソレータ２１４にカップリングする。レンズ構造体４１２は、アイソレータ２１４からの広帯域信号を第１の波長可変フィルタ２１６にカップリングする。レンズ構造体４１４は、波長可変フィルタ２１６からの波長可変信号を第２のアイソレータ２１８にカップリングする。レンズ構造体４１５は、第２のアイソレータ２１８からの波長可変信号を第１のＳＯＡ／増幅器チップ２２０にカップリングする。レンズ構造体４１６は、第１のＳＯＡ／増幅器チップ２２０からの波長可変信号を第３のアイソレータ２２１にカップリングする。レンズ構造体４１８は、第３のアイソレータ２２１からの波長可変信号をトラッキングフィルタ２２２にカップリングする。レンズ構造体４２０は、トラッキングフィルタ２２２からの波長可変信号を第４のアイソレータ２２４にカップリングする。レンズ構造体４２２は、第４のアイソレータ２２４からの波長可変信号を第２の増幅器／ＳＯＡチップ２２６にカップリングする。最後に、レンズ構造体４２６は、第２のＳＯＡ２２６からの光を、干渉計および／または試料に波長可変信号を伝送する光ファイバ３２０の端面にカップリングする。ＬＩＧＡ変形可能金属繊維取付構造体４２８はファイバ端面をベンチ１１０に対して固定する。ファイバ３２０はパッケージ４５０の密封ファイバフィードスルーを貫通して延在する。
【００８７】
図６Ｃは、簡単化のために、カップリング光学素子を省いてシステムの概略断面を示す。能動素子は、典型的には熱を発生し、長期の一貫した動作には温度を安定させることが要求されるため、ベンチ１１０をパッケージ４５０の底部に接続する熱電冷却機４６０上に、ベンチ１１０が搭載される。このようにして、能動素子およびベンチ１１０からハーメチックパッケージ４５０に熱が送られる。パッケージは蓋４５０Ｌで密閉されて、ベンチ１１０上の構成要素のために密閉かつ制御された環境が作り出される。
【００８８】
．
図７は、本発明の原理によって構成された、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、反射型ダブルパス増幅段とを備えた第１実施形態にかかる掃引光源１００ａを示す。
【００８９】
好ましくは、光学素子間の光線をカップリングする自由空間光学素子を備えた単一のベンチ１１０上に、光源１００ａの全体が実装される。図示の座標系において、ｘ−ｚ平面上にベンチが延在し、ｙ軸がベンチ平面から垂直方向に延在している。
【００９０】
他の例では、光学素子の多くまたはほとんどが共通して単一の光学ベンチ上に実装される。さらに他の例では、２つ以上の別個の光学ベンチを使用して掃引光源を実現し、一方のベンチ上に一部の光学構成要素が配置され、もう一方のベンチ上にその他の光学構成要素が配置される。この場合、異なるベンチ間に自由空間または光ファイバ接続が確保される。
【００９１】
本実施形態および他の実施形態において光学ベンチおよび自由空間光学素子を使用することは、少なくとも２つの理由から重要である。本実施形態および他の開示された実施形態において、セルフトラッキングフィルタは偏光ダイバーシティ法を使用して実現される。単一の光学ベンチを使用すると、直交偏光がセルフトラッキングフィルタを確実に通過するための組立条件が緩和される。光ファイバ接続を使用すると、システムにおいて、異なる光信号の適切な偏光の位置合わせを確実に行うことが困難な場合がある。また、標準シングルモードファイバを使用した場合、出力光がランダム偏光状態となり、そのために偏光制御装置が素子間に必要となる。さらに、高速の波長調整光源でセルフトラッキングフィルタを使用すると、典型的には高速に調整されたセルフトラッキングフィルタを光信号が個別に通過する際に、通過間の時間遅延が小さいことが要求される。システムの波長調整速度が速くなればなるほど、許容される時間遅延が小さくなる。ファイバリンクがほとんどないか、または全く備えられていない、単一のベンチ（例えば、マイクロ光学ベンチ）上における実現態様によって、確実にシステムの光学伝搬時間遅延が大幅に短縮され、極めて速い波長調整速度での動作が可能となる。
【００９２】
ベンチ１１０はマイクロ光学ベンチと呼ばれ、好ましくは幅１０ミリメートル（ｍｍ）未満で長さ約２０ｍｍ以下である。このサイズにより、標準サイズまたは標準に近いサイズのバタフライまたはＤＩＰ（デュアルインラインピン）ハーメチックパッケージ内にベンチ１１０を設置することが可能となる。一実現形態においては、ベンチ１１０は窒化アルミニウムから製造される。熱電冷却機をベンチ１１０とパッケージとの間に配置（ベンチの裏面およびパッケージの内側底面の両方に取り付けるか、はんだ接合）してベンチ１１０の温度制御を行う。
【００９３】
掃引光源１００ａは、上述のような広帯域光信号を生成する広帯域光源１１２を備える。
【００９４】
広帯域光源１１２からの広帯域光信号１１４は、典型的には高度に偏光されている。これは量子井戸利得半導体チップによって生成される光が持つ特性である。最も一般的な量子井戸ＳＯＡまたはＳＬＥＤのＡＳＥ光源において、光学ウエハまたはチップの平面内で光が偏光され、これは一般にＴＥ偏光と称される。図示の実施形態においては、広帯域光信号１１４はベンチ１１０の表面に平行な方向に偏光される。これは、光信号１１４の視点からの偏光Ｐの角度を、伝搬における光軸に沿って光線を見た場合を示した一連の挿入図によって説明される。
【００９５】
他のＳＯＡまたはＳＬＥＤのチップは、一般にはＴＭ偏光と称される、チップ平面に対して垂直な偏光を有する。このようなチップを使用した場合、広帯域光信号１１４はベンチ１１０の表面に対して垂直な方向に偏光される。偏光の向きおよび回転が光線経路に沿って適切に配置される限り、ＴＥまたはＴＭのいずれかの偏光タイプの光源または増幅器をフィルタ光源配置において使用できる。
【００９６】
第１の半波長板１９２が広帯域信号の偏光を４５度回転させる。偏光子１１６は広帯域光源１１２からの回転された広帯域信号１１４をフィルタリングする。半波長板１９２によって回転されると、広帯域信号１１２の主たる偏光に対して偏光子の向きが平行になる。その結果、広帯域信号１１４は偏光子１１６を通過する。
【００９７】
第１の広帯域非可逆回転子すなわちファラデー回転子１１８が、光線が再び水平偏光となるように、広帯域信号の偏光を４５度回転して戻す。
【００９８】
ファラデー回転子１１８からの広帯域信号は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２０に伝送される。ＰＢＳ１２０の向きは、図に説明される実現態様において水平偏光角度で広帯域信号１１４を透過するように設定される。したがって、広帯域信号１１４はＰＢＳ１２０を直接通過して伝送される。典型的には、半導体利得媒体の高度な偏光の出力特性によって伝送効率が確実に高くなる。
【００９９】
他の実現形態においては、偏光ビームスプリッタ１７６が偏光コーティングまたは複屈折ウォークオフ偏光子として実現される。
【０１００】
さらに別の実現態様においては、ＰＢＳ１２０の代わりにサーキュレータが使用される。また、他の例においては、簡易なビームスプリッタまたはカプラが使用される。ただし、これには、付随する光学的損失があるため、次善の策である。
【０１０１】
本実施形態および他の実施形態におけるセルフトラッキング波長可変フィルタ１５０は、波長可変バンドパスフィルタとしてまず機能し、広帯域信号１１４を狭帯域波長可変信号１５４に変換する。本実施形態においては、セルフトラッキング波長可変フィルタ１５０の通過帯域は半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅が２０または１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満であり、好ましくは５ＧＨｚ以下である。分光法においては、この比較的狭い通過帯域によって高いスペクトル分解能が実現される。光コヒーレンストモグラフィにおいてこの高いスペクトル分解能は、光源のコヒーレンス長が長いことを意味するため、試料をより深く、例えば５ｍｍよりも深くまで画像化することが可能になる。試料を深さ１ｍｍ未満までしかＯＣＴ画像化しないような、より低性能の用途においては、約２００ＧＨｚ以下の通過帯域のような、より広いＦＷＨＭ通過帯域が適切な場合もある。
【０１０２】
本実施形態および他の実施形態におけるセルフトラッキング波長可変フィルタ１５０は、好ましくは微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技法を使用して製造されるファブリペロ波長可変フィルタであり、直接はんだ接合するなどしてベンチ１１０に取り付けられる。前述の実施形態に関して説明されたフィルタと同様に、フィルタ１５０は米国特許第６，６０８，７１１号または６，３７３，６３２号に記載された方法で製造される。ここで、曲面−平面共振器構造が使用される。この曲面−平面共振器構造では、概平面ミラーとこれに対向する曲面ミラーとがフィルタ光共振器を画定し、その光学的長さが少なくとも一方のミラーの静電偏向によって調整される。
【０１０３】
本実施形態においては、フィルタは光軸に対して垂直に設置され、増幅段に最も近い側の固定ミラーによって向きが設定される。薄膜側は光圧に対する感度がより高い。したがって、増幅後の側がまず固定ミラーに対面するようにフィルタの向きを設定することが好ましい。
【０１０４】
本実施形態および下記のさらなる実施形態においては、他の波長可変フィルタおよびスペクトルフィルタ技法の使用が可能である。いくつかの実現態様においては、回転回折格子と回転ミラーを備えた回折格子とによって構成される回折格子フィルタが使用される。また、さらに別の実現態様においては、圧電的かつ熱的に波長調整されたファブリペロフィルタを含む他のファブリペロフィルタ技法が使用される。さらなる例においては、回転（スピン）を含む角度調整が行われるファブリペロエタロン、および回転（スピン）を含む角度調整が行われる干渉フィルタが使用される。薄膜干渉フィルタは、基板上に介在スペーサと共に薄膜反射コーティングを蒸着させることによって形成された数個の結合したＦＰフィルタの一群であり、これらは光波長分割多重（ＷＤＭ）でチャネルを選択する用途において広く用いられる。別の選択肢としては、音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ）がある。
【０１０５】
本実施形態および他の実施形態における波長調整コントローラ１５２がセルフトラッキング波長可変フィルタ１５０を駆動する。好ましくは、波長調整コントローラ１５２は、広帯域光源１１２の利得帯域にわたって広がる走査帯域にわたる通過帯域を調整する。図示の実施形態においては、これはＭＥＭＳ波長可変フィルタに印加された静電気駆動電圧を調整することによって実現される。特に、通過帯域は、広帯域光信号１１４に伴う連続スペクトルを包含する走査帯域にわたって波長調整され、これにより約７０ｎｍから１００ｎｍ以上のスペクトル走査帯域にわたって波長調整が行われる。他の波長調整範囲としては、（ｉ）１０ｎｍ、（ｉｉ）４０ｎｍ、（ｉｉｉ）８０ｎｍよりも広いものが挙げられる。
【０１０６】
掃引光源１００ａおよび以下に説明する他の実施形態は、一般には高速波長調整を目的として、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）よりも速い速度で走査帯域にわたって走査を行う波長可変光信号を生成する。本実施形態においては、掃引光源１００ａは５０または１００ｋＨｚよりも速い速度で波長調整を行う。非常に速い速度による実施形態においては、掃引光源１００ａは２００または５００ｋＨｚよりも速い速度で波長調整を行う。
【０１０７】
波長調整コントローラ１５２は、好ましくは時間とともに線形的に変化する光周波数で、波長調整帯域全域にわたって通過帯域光周波数を掃引する、波長調整電圧機能を提供する。波長調整コントローラは、また、好ましくは上下への波長調整方向においてのこぎり歯状に行われる、双方向波長可変フィルタ掃引を提供する。代わりに、波長調整コントローラは、例えば上方の波長調整方向において行われる一方向波長調整掃引を提供し、時間周波数掃引において線形である高負荷サイクルに対する高速掃引再追跡を行う。
【０１０８】
波長調整コントローラによって提供される波長調整速度も、単位時間当たりの波長によって表される。一例においては、波長調整範囲つまり走査帯域が約１１０ｎｍで走査速度が１００ｋＨｚである場合、実質的に線形である上方への波長調整における負荷サイクルが６０％であると仮定すると、ピーク掃引速度は１１０ｎｍ×１００ｋＨｚ／０．６０＝１８，３００ｎｍ／ｍｓｅｃ＝１８．３ｎｍ／μｓｅｃとなる。別の例においては、波長調整範囲が約９０ｎｍで走査速度が５０ｋＨｚである場合、実質的に線形である上方への波長調整における負荷サイクルが５０％であると仮定すると、ピーク掃引速度は９０ｎｍ×５０ｋＨｚ／０．５０＝９，０００ｎｍ／ｍｓｅｃ＝９．０ｎｍ／μｓｅｃとなる。波長調整範囲が約３０ｎｍで走査速度が２ｋＨｚである、より狭い走査帯域の例においては、実質的に線形である上方への波長調整における負荷サイクルが８０％であると仮定すると、ピーク掃引速度は３０ｎｍ×２ｋＨｚ／０．８０＝７５ｎｍ／ｍｓｅｃ＝０．０７５ｎｍ／μｓｅｃとなる。
【０１０９】
このように、走査速度の観点から、本明細書に記載の好ましい実施形態においては、掃引速度は０．０５ｎｍ／μｓｅｃよりも大きく、好ましくは５ｎｍ／μｓｅｃよりも大きい。さらに速い速度による用途においては、走査速度は１０ｎｍ／μｓｅｃよりも速い。
【０１１０】
通過帯域外の光は、ファブリペロ波長可変フィルタの場合には反射される。しかし、広帯域光源１１２周囲に上述した構成を備えることにより、この反射光がレーザ共振器を形成することはない。波長可変フィルタ１５０からのいかなる後方反射光も非可逆回転子すなわちファラデー回転子１１８によってさらに回転されて、ファラデー回転子１１８の非可逆作用に起因して偏光子１１６の軸に対して垂直となるように偏光される。このため、反射光は偏光子１１６によって遮断される。これにより、広帯域光源１１２へのフィードバックが防止される。フィードバックは、広帯域光源１１２からのレーザ発振、または広帯域光信号の発光スペクトルにおいて例えばリップルを生じさせる変化の原因となりうる。仮に、光源１１２が波長可変フィルタ１５０からの広帯域反射によってレーザ発振を開始した場合、レーザ発振は光源のスペクトル利得ピーク付近で発生し、波長可変フィルタが波長調整をしている状態ではこのレーザ発振はスペクトル調整を行わないため、光源における意図および要求される掃引周波数動作が損なわれることになる。
【０１１１】
セルフトラッキング波長可変フィルタ１５０の通過帯域によって生成される波長可変光信号１５４は、第２の非可逆回転子すなわちファラデー回転子１７０に伝送される。第２のファラデー回転子１７０の向きは第１のファラデー回転子１１８とは反対である。そのため、波長可変光信号の偏光は４５度回転される。
【０１１２】
波長可変光信号は次に第２の偏光子１７２を通って伝送される。水平に対して４５度回転された偏光を有する光が、第２の偏光子の向きによって伝送される。後続の半波長板１９４は偏光を回転して水平に戻す。そのため、第２のファラデー回転子１７０からの波長可変信号が光増幅器１７４にほぼ伝送される。
【０１１３】
好ましくは、本実施形態および他の実施形態における光増幅器１７４は、反射防止コートが施されて角度を付けた前面１７６を備えたＳＯＡである。このＳＯＡは、典型的にはサブマウントを介して取付けることによりベンチ１１０上に一体化できるものである。波長可変信号はダブルパス反射構成を有する半導体光増幅器１７４によって増幅される。水平偏光によって、標準的な端面発光利得チップがベンチ１１０上の標準的な平坦面状の設置で用いられることができる。
【０１１４】
一実施形態においては、単一角度面（Single Angled Facet：ＳＡＦ）ＳＯＡを使用してＳＯＡにおける１度目の通過時に波長可変信号を増幅する。次に、反射性後面から反射された信号は、ＳＯＡにおいて２度目の増幅が行われて、増幅光がＳＯＡチップ１７４の前面から出る。
【０１１５】
図示の実施形態においては、ＳＯＡ１７４は反射防止コートを施した前面１７６および後面１７８を有する。後面１７８から出た光は、ディスクリート（単品）のミラー１８０にカップリングされる。このミラー１８０は、ＳＯＡ１７４における２度目の通過のためにこの光を後面１７８に反射する。互い反対方向の２つの光はＳＯＡ１７４を通過し、これら光は同一の偏光方向を有する。そのため、単一偏光、つまり単一の偏光感度を有するＳＯＡ増幅器を使用できる。
【０１１６】
ＳＯＡ１７４の前面１７６から出た光は半波長板１９４および第２の偏光子１７２を通って第２のファラデー回転子１７０に伝送される。波長可変光信号が波長可変フィルタ１５０を２度目は１度目の通過と逆方向に通過することによって、確実に波長可変フィルタの通過帯域外におけるノイズがさらに減衰され、波長可変信号の線幅がさらに狭小化される。
【０１１７】
セルフトラッキングフィルタ１５０によってはじかれて反射された光は、第２の偏光子１７２によってフィルタリングされる。より詳細には、第２の偏光子１７２が、ファラデー回転子１７０を通過して波長可変フィルタ１５０から戻った光をフィルタリングし、ＳＯＡ増幅器チップ１７４に到達することを防止する。すなわち、波長可変フィルタ１５０によって反射された光は、例えば、ファラデー回転子１７０を合計２度通過するため９０度回転され、これにより第２の偏光子１７２に吸収される。これによって、装置の動作を損なうことになるレーザ共振器形成が防止される。
【０１１８】
ＳＯＡ１７４からの光および波長可変フィルタ１５０を通過する光の偏光は、広帯域光源１１２によって生成される広帯域信号１１４の元々の偏光に対して直交する。これは、ファラデー回転子１７０を通る波長可変信号のダブルパスによるものである。そのため、このような通過後の波長可変信号は、ＰＢＳ１２０によって反射される偏光であり、ベンチ１１０の平面に対して垂直な偏光である。これにより、波長可変信号１５４は出力信号１９０として出て行く。
【０１１９】
好ましくは、本実施形態およびここで説明される他の実施形態においては、全ての光学構成要素がはんだ接合のような方法で、単一で共通の光学ベンチ１１０に接続される。図示の実施形態においては、説明の簡素化のために、一連の光学素子において、マイクロレンズのようなカップリング光学素子またはコリメート光学素子は示していない。一般に、レンズは少なくとも、各半導体チップ、つまり広帯域光源１１２およびＳＯＡ１７４の各出射面において必要であり、波長可変フィルタ１５０への光のカップリングやそこからの光の取り出しに必要である。より詳細には、本実施形態に関しては、広帯域光源１１２、第１の偏光子１１６、第１の半波長板２１０、第１のファラデー回転子１１８、ＰＢＳ１２０、波長可変フィルタ１５０、第２のファラデー回転子１７０、第２の偏光子１７２、第２の半波長板２１２、ＳＯＡ１７４、およびミラー１８０が共通のベンチ１１０に接続される。
【０１２０】
上記構成の代わりに、他の実現態様においては、２つ以上のベンチが使用される。
【０１２１】
図で説明される例においては、２枚の半波長板１９２、１９４は厳密には必要ではない。ただし、これらを除外した場合、光線はＰＢＳ１２０において４５度の偏光を有することとなる。このような偏光に対応するために、非標準の光学構成要素が必要となり、全体のコストと性能に影響を及ぼすかもしれない。
【０１２２】
図２４は、広帯域光信号のスペクトル範囲と、走査帯域と、波長可変出力光信号１９０との関係を説明するものである。より詳細には、広帯域光源１１２はスペクトル領域１８１０にわたって有用なレベルの光エネルギーを放出つまり生成する。波長可変フィルタ１５０の通過帯域は次に、広帯域光源の範囲１８１０における所望のスペクトル走査領域をカバーする走査帯域３９０にわたって調整される。この処理によって、次にその走査帯域３９０にわたって調整される狭帯域波長可変出力光信号１９０が生成される。
【０１２３】
図８は、図７の実施形態にかかる掃引光源１００ａの変形例である掃引光源１００ｂを示す。この掃引光源１００ｂも、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタとダブルパス反射型増幅段とを組込んだものである。
【０１２４】
概して、前述の掃引光源１００ａの説明は、一部の例外を除いて、本実施形態１００ｂに適用される。
【０１２５】
広帯域光源１１２によって生成された光１１４は、アイソレータ１９６を通過する。これは偏光を維持するアイソレータである。これにより、図示の実施形態においては、広帯域光源１１２によって放射された水平偏光Ｐが、同一の平行な偏光でアイソレータ１９６を出て行く。
【０１２６】
アイソレータ１９６は、図７の実施形態における第１の偏光子１９２、半波長板１１６、および第１のファラデー回転子１１８に替わるものである。
【０１２７】
ＰＢＳ１２０は、水平偏光の光を伝送するように向きを設定される。この平行な光は波長可変フィルタ１５０を通過する。ファラデー回転子１７０において、光は４５度回転される。偏光子１７２は、偏光角４５度で光を透過するように向きを設定される。後続の半波長板１９４において光は、ＳＯＡ光増幅器１７４によって増幅される水平偏光となるように回転される。ＳＯＡ１７４から戻った光は半波長板２１２、偏光子１７２、およびファラデー回転子１７０を通過してから、ベンチ１１０に対して垂直な方向に偏光され、これによりＰＢＳ１２０によって出力信号１９０として反射される。
【０１２８】
図９は、図８の実施形態にかかる掃引光源１００ｂと密接に関連する偏光ダイバーシティを使用したセルフトラッキングフィルタを備えた掃引光源１００ｃの構成要素の尺度表示図である。
【０１２９】
図９はベンチ１１０上の掃引光源の実際の実現態様を示す上で有用である。図９は、ベンチ上の素子への光信号のカップリングやそれらからの光信号の取り出しに使用されるカップリング光学素子およびレンズを示す。
【０１３０】
より詳細には、広帯域光源１１２はＳＬＥＤや、ＳＬＥＤの実現態様におけるＳＯＡとして実現される。光源１１２はサブマウント５０８上に設置される。サブマウントは次にベンチ１１０に接着される。光源チップ１１２とサブマウント５０８との間、およびサブマウント５０８とベンチ１１０との間では、典型的にははんだ接合が使用される。
【０１３１】
ＳＯＡ１１２の後面から出た光は、典型的には消失したり、ビームダンプによって吸収されたり、あるいはベンチ１１０を収容するハーメチックバタフライパッケージ１０８内で迷光を構成したりする。
【０１３２】
ＳＯＡ１１２の前面から出た光は、第１のレンズ構造体５１０によってコリメートされる。好ましい実施形態においては、レンズ構造体５１０および光源内の他のレンズ構造体は、ベンチ１１０にはんだ接合される取付構造体５１２を備える。レンズ基板５１５は取付構造体５１２に接着される。好ましくは、取付構造体は、設置後に位置合わせができるように変形可能である。すなわち、ベンチ１１０にはんだ接合された後に、取付構造体５１２は、レンズ基板５１５を通って伝送される光信号の光軸に対して、レンズ基板５１５が確実に位置合わせされるように変形される。この技法の概要が米国特許６，４１６，９３７Ｂ１号に記載されている。
【０１３３】
ＳＯＡ１１２からのコリメートされた広帯域信号１１４は、アイソレータ１９６にカップリングされる。これによりＳＯＡ１１２における後方反射が防止されて、レーザ発振を防止する。図示の実施形態においては、アイソレータ１９６は半２段アイソレータ（semi double stage isolator）である。このアイソレータ１９６は、偏光子、ファラデー回転子、偏光子、ファラデー回転子、最終偏光子の順で続く一連の素子を備える。最終半波長板５４０は偏光子の後ろに付加されて、広帯域信号を回転して水平偏光に戻す。
【０１３４】
アイソレータ１９６から出た光は、ＰＢＳ１２０にカップリングされる。ＰＢＳは、広帯域光源１１２の偏光を有する光を伝送するように構成される。典型的な実施形態においては、ＰＢＳはベンチ１１０の表面に対して水平である偏光を伝送し、ベンチ１１０の表面に対して垂直である偏光の光を反射する。
【０１３５】
ＰＢＳ１２０を通って伝送された光は、波長可変フィルタ１５０にカップリングされる。これにより広帯域信号１１４は狭帯域波長可変信号１５４に変換される。
【０１３６】
非可逆回転子構成要素１７０−１が、波長可変フィルタ１５０からの狭帯域波長可変信号１５４を受信する。この非可逆回転子構成要素１７０−１は、偏光を４５度回転する。回転子１７０は、また、偏光子を含む。より詳細には、回転子１７０はファラデー回転子５４２、偏光子５４４、および半波長板５４６を有し、この回転子１７０が偏光を回転して入力偏光に戻す。
【０１３７】
回転子構成要素１７０−１を出た光は、第２のレンズ構成要素５１６によってコリメートされ、ＳＯＡ増幅器チップ１７４の前面１７６にカップリングされる。前述のように、サブマウント５１８がＳＯＡ１７４をベンチ１１０に接続する。ＳＯＡ１７４の後面１７８から出た光は、第３のレンズ構成要素５１５によってコリメートされ、ミラー１８０によって反射され、ＳＯＡ１７４の後面１７８にカップリングされるように戻される。このようにして、波長可変信号はダブルパス反射構成を有するＳＯＡによって増幅される。
【０１３８】
ＳＯＡ１７４の前面１７６から出た光は、第２のレンズ構成要素５１６によってコリメートされ、回転子構成要素１７０−１を通って伝送される。回転子構成要素１７０−１は、波長可変光信号１５４の偏光を回転し、これにより、光信号１５４は波長可変フィルタ１５０によって２度目のフィルタリングを施された後に、本実施形態においては垂直であるＰＢＳ１２０によって反射される。波長可変フィルタにおける２度の光の通過は、反対方向であり、直交偏光である。
【０１３９】
通過帯域外であるとして波長可変フィルタ１５０によって反射された垂直偏光の光は、回転子構成要素１７０−１における偏光子５４４によって吸収される。
【０１４０】
図で説明される例においては、小型の設計を実現するために、出力信号１９０用の光路が曲げられる。より詳細には、ＰＢＳ１２０からの出力信号１９０は、フォールドミラー５２０によって反射され、これにより、出力光信号は広帯域信号１１４に対して平行となる方向に再び進行する。出力信号は第４のレンズ構成要素５２２によってコリメートされ、次に第５のレンズ構成要素５２４によって光ファイバ３２０の入射面に集光される。光ファイバ３２０はファイバ取付構造体５２６を介してベンチ１１０に固定される。好ましくは、この取付構造体は、また、設置後に光学ベンチ１１０の表面に対して入射面の位置合わせができるように、光学ベンチ１１０にはんだ接合された後でも変形可能である。光ファイバは、ファイバフィードスルーを介してハーメチックパッケージ１０８から出る。シングルモードファイバおよび偏光維持ファイバの両方に加えて、単一偏光ファイバが、装置出力ファイバ３２０の様々多実現態様において使用される。
【０１４１】
図７〜９に関して説明された実施形態は、ＳＯＡすなわち光増幅器１７４に関して共通の特性を有する。ダブルパス構成が使用される。この構成では、波長可変信号が反射されてＳＯＡ１７４を２度通過する。上述のように、各実施形態に関して、この２度通過は、ミラー（１８０）のようなディスクリートの反射体を使用することによっても、または他の例で使用される一体型の反射体を有するＳＡＦ式のＳＯＡチップを使用することによっても実現できる。
【０１４２】
しかし、現在の技法においては、ＳＯＡ１７４用に得られるアイソレーションに関して問題が生じる。このダブルパス構成では、チップがもたらす利得のために、２倍近いアイソレーションが必要とされる。例えば、最新のチップは約３０ｄＢの利得をもたらす。そのため、レーザ発振を防ぐためには、少なくとも６０ｄＢのアイソレーションが必要となる。また、多くの場合において、システムは１００ｎｍ以上の波長調整範囲にわたって機能する。このような帯域幅にわたって機能するファラデー回転子および半波長板は、典型的には十分なアイソレーションを提供することができない。これは、半波長板およびファラデー回転子が十分に機能するのは、典型的には特定の中心波長に対してのみであり、走査帯域全体に及ぶものではないという事実による。偏光クロストークによって特に走査帯域の両端付近でレーザ発振が起こりうる。
【０１４３】
図１０は、ループ増幅段６０２を有する偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタを備えた掃引光源１００ｄを示す。
【０１４４】
より詳細には、広帯域光源１１２はベンチ１１０に対して水平偏光である偏光を生成する。後続のアイソレータ１９６は広帯域光源１１２内への後方反射を防止する。
【０１４５】
好ましい実施形態においては、広帯域光源１１２は、ＳＬＥＤ、またはＳＬＥＤ構成もしくは前述したような他の広帯域光源において機能するＳＯＡであってもよい。
【０１４６】
本実施形態においては、広帯域光源１１２は、アイソレータ１９６によって偏光が変化しない水平偏光の光を生成する。
【０１４７】
ＰＢＳ１２０は、典型的には水平偏光の光である光源１１２からの偏光を伝送し、反対方向に偏光された光を反射する。これにより、広帯域信号１１４は波長可変フィルタ１５０にカップリングされる。波長可変フィルタ１５０は、広帯域信号１１４を狭帯域波長可変信号１５４に変換する。この光は、ループＰＢＳ６１０を通って伝送される。第１のループアイソレータ６１２は後続の増幅器すなわちＳＯＡ１７４にアイソレーションを提供する。好ましい実施形態においては、第１のループアイソレータ６１２は入力光の偏光を維持する。
【０１４８】
波長可変信号１５４は２つのフォールドミラー６１４および６１６によって方向転換される。第２のループアイソレータ６１８もループ６０２内に設けられる。波長可変光信号１５４は第３のフォールドミラー６２０によってループＰＢＳ６１０に向けて方向転換される。
【０１４９】
第２のループアイソレータ６１８は、ベンチ１１０の表面に対して水平となる方向から垂直偏光となるように波長可変信号の偏光を回転させる。その結果、ループＰＢＳ６１０は波長可変信号を反射して戻す。そのため、波長可変信号は、１度目の通過に対して反対方向かつ直交偏光で、波長可変フィルタ１５０を２度目に通過する。
【０１５０】
好ましい実施形態においては、偏光子または偏光フィルタ６２２がループＰＢＳ６１０と第１のループアイソレータ６１２との間に位置する。この偏光子６２２は、波長可変フィルタ１５０の反射がループ６０２内でレーザ発振を引き起こすことを防止する。これにより、図示の実施形態においては、偏光子は垂直偏光の光を遮断する。
【０１５１】
次に波長可変フィルタ１５０を通って伝送される波長可変光信号１５４は、ベンチ１１０に対して垂直である偏光を有する。そのため、この信号１５４はＰＢＳ１２０によって出力信号１９０として反射される。
【０１５２】
本実施形態においては、ループ６０２における光信号の通過時間は掃引光源１００ｄの適切な動作に関係する。ループにおける光学距離が比較的長く、波長可変フィルタ１５０の波長調整速度が速い場合および／または波長可変フィルタの通過帯域の帯域幅が狭い場合、波長可変信号１５４がループ６０２に伝送される時間と、波長可変信号がループから出て波長可変フィルタ１５０を通過して出力信号１９０となる時間との間では、波長可変フィルタ１５０によりずれが生じる可能性がある。この場合、波長可変信号は反射され、出力パワーが低下する。このため、ループ６０２において、ほとんどまたは全く光ファイバを備えない、一体型で遅延の少ない設計が必要となる。実際、好ましい実施形態においては、ループ全体において光ファイバは使用されず、このシステムは図示のマイクロ光学ベンチ１１０上に実装される。
【０１５３】
可能な一変形例としては、波長可変フィルタ１５０の通過帯域が、超高速波長調整に対して偏光依存（偏光の種別に左右されるもの）となるように設定される。より詳細には、一方の偏光の通過帯域は他方の偏光に対してスペクトル的にずれている。これにより、広帯域信号光は第１の偏光であり、次にフィルタが偏光依存の通過帯域ごとのずれに対応する増分だけ波長調整を行い、次に波長可変信号が波長可変フィルタを通過する。異なる偏光に対するスペクトルの通過帯域のずれ、ループ６０２の光学遅延、および波長調整速度を整合させることによって、より速い波長調整が可能となる。不利な点は、上下方向の波長の波長調整が恐らく可能ではないことである。
【０１５４】
図１１Ａおよび１１Ｂは、図１０の実施形態にかかる掃引光源１００ｄと密接に関連する掃引光源１００ｅの構成要素の尺度表示図である。
【０１５５】
これらの図は、偏光ダイバーシティを使用した反対方向セルフトラッキングフィルタと、ループ増幅段とを備えた掃引光源の実際の実現態様を示す上で有用である。これらの図は、ベンチ上の素子への光信号のカップリングやそれらからの光信号の取り出しに使用される、カップリング光学素子およびレンズと、ハーメチックパッケージ１０８内にベンチが設置される状態とを示す。図１１Ｂにおいては、光学素子が見えるようにパッケージ１０８の蓋は取り外されている。
【０１５６】
広帯域光源１１２は広帯域信号１１４を生成する。図示の実施形態においては、広帯域光源１１２はＳＬＥＤや、ＳＬＥＤとして実現されるＳＯＡなどの半導体利得チップとして実現される。図で説明される例においては、半導体利得チップはサブマウント７１０に固定される。サブマウント７１０は、ベンチ１１０に接着される。広帯域光源から出た光は、第１のレンズ構成要素７１２によってコリメートされる。前述のように、このレンズ構成要素は、好ましくは取付構造体に接着されたレンズ基板を備えており、次にこれら取付構造体がベンチに搭載される。
【０１５７】
広帯域信号は次にアイソレータ１９６を通って伝送される。これにより広帯域光源１１２内への後方反射が防止されて、レーザ発振が防止される。
【０１５８】
広帯域光源１１２からの水平偏光の光はＰＢＳ１２０を通って伝送される。波長可変フィルタ１５０は次に、前述のように広帯域信号１１４を狭帯域波長可変信号１５４に変換する。ループＰＢＳ６１０は波長可変信号１５４を第１のループアイソレータ６１２に伝送する。第２のレンズ構成要素７２０は、ループ６０２における光増幅器であるＳＯＡ１７４内に波長可変光信号１５４をカップリングする。前述のように、ＳＯＡ１７４は、好ましくはサブマウント７２５によってベンチ１１０上に搭載される。
【０１５９】
ＳＯＡ１７４から出た光は、ループ６０２内の第３のレンズ構成要素７２２によってコリメートされる。波長可変光信号は２つの後続のフォールドミラー６１４および６１６によって方向転換される。波長可変光信号は、次に第２のループアイソレータ６１８と、第４のレンズ構成要素７２４および第５のレンズ構成要素７２６からなる２つのレンズ構成要素とを通って伝送される。波長可変光信号はフォールドミラー６２０によってループＰＢＳ６１０へ返される。前述のように、第２のループアイソレータ６１８は、波長可変光信号の偏光を水平偏光から垂直偏光となるように９０度回転させる。そのため、ループＰＢＳ６１０によって受信される波長可変光信号は、波長可変フィルタ反射して１５０に戻される。
【０１６０】
波長可変光学フィルタ１５０はそのバンドパスフィルタ機能を適用して、波長可変光信号１５４を再びフィルタリングする。光が波長可変フィルタ１５０を２度目に通過するときには、１度目の通過に対して反対方向かつ直交偏光で伝搬する。波長可変フィルタからの波長可変光信号の垂直偏光はＰＢＳ１２０によって反射されて出力信号１９０となる。
【０１６１】
出力信号経路は、小型の設計を実現するために曲げられる。より詳細には、出力信号１９０はフォールドミラー７３０によって、元々の広帯域信号１１４に対して平行となる方向に反射される。この光は第６のレンズ構成要素７３８によって光ファイバ３２０の入射面上に集光される。ファイバ入射面はファイバ取付構造体７４０を介して光学ベンチ１１０に固定される。
【０１６２】
図１２は、図１０の実施形態にかかる掃引光源１００ｄの変形例である掃引光源１００ｆを示す。
【０１６３】
概して、前述の掃引光源１００ｄの説明は一部の例外を除いて本実施形態１００ｆに適用される。
【０１６４】
掃引光源１００ｆは、第２の増幅段がループ６０２内に追加されている点で図１０の掃引光源とは異なる。より詳細には、第３のアイソレータ８１０がループ６０２に追加される。図示の例においては、第３のアイソレータ８１０はＳＯＡ１７４の後で、かつフォールドミラー６１４とフォールドミラー６１６の間に位置する。第３のアイソレータ８１０に続いて第２のループＳＯＡ８１２が設けられる。第２のループＳＯＡ８１２からの光は次に第２のアイソレータ６１８を通ってループＰＢＳ６１０に伝送される。
【０１６５】
第２の増幅段を追加することによって、掃引光源１００ｆで生成される波長可変光信号のパワーが向上し、これによって、より高いパワー光信号を要する用途までも可能となる。
【０１６６】
図１３は、図１２の実施形態にかかる掃引光源１００ｆの変形例である掃引光源１００ｇを示す。
【０１６７】
概して、前述の掃引光源１００ｆの説明は本実施形態１００ｇに適用される。ただし、本実施形態は、将来的に可能性のある、より高い性能や追加機能に備えた追加の構成要素を含む。
【０１６８】
本実施形態においては、透過型トラッキングフィルタ９１０が第１のループＳＯＡ１７４と第２のループＳＯＡ８１２との間に追加される。より詳細には、ＳＯＡ１７４から出た波長可変信号は、フォールドミラー６１４によって第３のアイソレータ８１０に向けて反射される。第３のアイソレータ８１０により、後続のトラッキングフィルタ９１０からＳＯＡ１７４内への後方反射が防止される。このトラッキングフィルタ９１０は波長可変フィルタ１５０とほぼ同一の波長可変通過帯域を有する。トラッキングフィルタ９１０はセルフトラッキングフィルタ１５０と共に波長調整コントローラ１２５によって波長調整され、これにより、その通過帯域が波長可変フィルタ１５０の通過帯域のスペクトル位置に対応する。要するに、掃引光源の動作中に、透過型トラッキングフィルタ９１０はコントローラ１２５によって波長可変フィルタ１５０と同期して波長調整される。
【０１６９】
トラッキング波長可変フィルタ９１０は波長可変信号１５４の信号帯域外のいかなるノイズも除去する。例えば、トラッキング波長可変フィルタ９１０はＳＯＡ１７４からの任意のＡＳＥ放出を抑制する。透過型トラッキングフィルタ９１０からの波長可変信号は次に第４のアイソレータ９１２を通って伝送される。これにより、後続のＳＯＡ８１２のレーザ発振が防止される。
【０１７０】
図１４は、図１０の実施形態にかかる掃引光源１００ｄの変形例である掃引光源１００ｈを示す。
【０１７１】
概して、図１０の前述の掃引光源１００ｄの説明は本実施形態の掃引光源１００ｈに適用される。ただし、本実施形態は、将来的に可能性のある、より高い性能や追加機能に備えた追加の構成要素を含む。
【０１７２】
掃引光源１００ｈは、出力増幅段が追加されている点で図１０の実施形態とは異なる。より詳細には、ＰＢＳ１２０からの出力波長可変光信号１９０は、好ましくはフォールドミラー１００５によって方向転換される。出力波長可変光信号１９０は次に出力段アイソレータ１０１０に伝送される。このアイソレータからの出力信号１９０は、好ましくはＳＯＡである出力光増幅器１０１２にカップリングされる。しかし、他の実現態様においては、希土類が添加（例えばＥｒ添加）された光ファイバ増幅器のような他の増幅器技法が使用される。
【０１７３】
一特定の実現態様においては、出力段アイソレータ１０１０が、出力光信号１９０の偏光を垂直偏光から水平偏光となるように回転させる。この水平偏光は、多くの市販の広帯域ＳＯＡにおいて好ましい偏光である。
【０１７４】
動作中に一旦信号が十分増幅（典型的には−１５ｄＢｍ）されると、最終段階増幅器１０１２は飽和するまで駆動される。この動作モードにおいてはフィルタの通過帯域外の利得が大幅に低減するため、フィルタの通過帯域外におけるＡＳＥの関与が小さくなる。なお、第１の増幅器ＳＯＡ１７４は出力利得ＳＯＡ１０１２とは異なるように構成される。第１のＳＯＡ１７４が高利得の構成で操作されるのに対して、出力ＳＯＡ１０１２は高飽和形態で操作されてＡＳＥ出力を低下させる。
【０１７５】
図１５は、本発明の原理によって構成された、偏光ダイバーシティを使用した同一方向セルフトラッキング波長可変フィルタと、ループ増幅段とを備えた別の実施形態にかかる掃引光源１００ｉを示す。
【０１７６】
広帯域光源１１２を使用して広帯域ＡＳＥ信号１１４を生成する。好ましい実施形態においては、光源１１２はＳＬＥＤや、ＳＬＥＤ構成において実現されるＳＯＡである。
【０１７７】
一特定の例においては、ＳＯＡはパワーブースティング（出力増大）反射体１１０５と共に使用される。パワーブースティング反射体１１０５はＳＯＡ１１２の後面１１０８に対向して追加される。パワーブースティング反射体１１０５の機能は、後面１１０８から放出されるＡＳＥ光をＳＯＡに反射して戻すことである。この反射体がなければ、このＡＳＥ光は装置で消失し、装置パッケージ内部において迷光となる。このようなパワーブースティング反射体は、チップによって生成される広帯域信号１１４の出力パワーを増大させる役割を果たす。しかし、多くの場合においては、パワーブースティング反射体１１０５によって広帯域信号１１４のスペクトル帯域またはスペクトル範囲が狭くなるという悪影響がある。そのため、広帯域信号１１２において増大したパワーが望まれる場合に、パワーブースティング反射体１１０５構成要素を他の実施形態における任意のＳＯＡ広帯域光源に加えてもよい。一方、より広いスペクトル帯域を含む広帯域信号が必要な場合には、パワーブースティング反射体１１０５は除外される。なお、増幅器に隣接する単一の反射体は、レーザ発振に必要な周期的フィードバックを有する光共振器を形成しないため、このようなダブルパスＳＯＡ増幅器構成はなおも増幅自然放出光のみを生成するように動作し、レーザ発振することはない。
【０１７８】
広帯域信号１１４はアイソレータ１９６を通って伝送されてＳＯＡ１１２内への後方反射は遮断される。これによりレーザ共振器の形成が防止される。広帯域信号１１４は次に偏光ビームスプリッタ１１１０を通って伝送される。典型的な実施形態においては、ＳＯＡ１１２によって放射された光は水平偏光を有し、ＰＢＳ１１１０はこの水平偏光を伝送するように構成される。
【０１７９】
ＰＢＳ１１１０からの広帯域信号１１４はセルフトラッキング波長可変フィルタ１５０を１度目に通過する。これにより広帯域信号１１４は狭帯域波長可変信号１５４に変換される。後続のアイソレータ１１１２は、波長可変フィルタ１５０からの後方反射がループ１１３０における後続の増幅器１７４に到達することを防止する。このループ１１３０は、偏光無依存（偏光の種別に左右されない）ＳＯＡとして実現される。このＳＯＡ１７４は、両偏光（つまり水平偏光および垂直偏光）に沿った光信号に対して、好ましくは等しい利得をもたらすという点で偏光無依存である。
【０１８０】
ＳＯＡ１７４によって放射された光は、第１のフォールドミラー１１１４および第２のフォールドミラー１１１６によって反射される。波長可変信号１５４は次に第２のループアイソレータ１１１８を通って伝送され、次に半波長板１１２０を通って伝送される。半波長板は波長可変信号１５４の偏光を９０度回転させる。これにより、一特定の例においては、元々は水平偏光であった波長可変信号が、半波長板１１２０を通って伝送した後に、垂直方向に偏光される。
【０１８１】
第２のＰＢＳ１１２２がループ１１３０にわたる１度目の通過中に波長可変光信号を反射するように構成される。これにより、一実施形態においては、ＰＢＳ１１２２は垂直偏光の光を反射するように構成される。
【０１８２】
この垂直偏光の光は第１のＰＢＳ１１１０に戻されて、ＰＢＳ１１１０で反射され、同一方向かつ直交偏光で波長可変フィルタ１５０を２度目に通過し、この後アイソレータ１１１２、ＳＯＡ１７４、および再び第２のループアイソレータ１１１８に続く。半波長板１１２０を通る２度目の通過では、波長可変光信号は、ＰＢＳ１１２２を通って伝送される水平偏光となるように回転されて、出力信号１９０として現われる。
【０１８３】
図１５の実施形態（１００ｉ）は、ループ１１３０においてループが２つの偏光モードの通過を同時にサポートする点で他の実施形態とは相違する。この構成においては、同一方向セルフトラッキング構成において波長可変フィルタ１５０が有利に使用されるとともに、単一のＳＯＡ１７４から実質上２つの利得段が作り出される。
【０１８４】
図１６は、別の実施形態にかかる掃引光源１００ｊを示す。この実施形態は、構成において、図１５に説明される掃引光源１００ｉの実施形態との多くの類似点を有する。本実施形態においては波長可変光信号がループを１度だけ通過する点で、図１５の実施形態と異なる。これにより、ループがもたらす潜在的な利得が低下し、ループにおける偏光無依存増幅の必要性がなくなる。
【０１８５】
より詳細には、前述の実施形態に関して説明したように、広帯域信号１１４は広帯域光源１１２において生成され、アイソレータ１９６を通って伝送され、次にＰＢＳ１１１０を通って波長可変フィルタ１５０に伝送される。波長可変フィルタの後に、狭帯域波長可変信号１５４は第２のＰＢＳ１２１２に伝送される。後続の第１のループアイソレータ１１１２によって後続のＳＯＡ１７４内への反射が防止され、これによりループ１２１０において増幅が提供される。ＳＯＡ１７４から出力された光は、２つのフォールドミラー１１１４および１１１６によって反射され、次に第２のループアイソレータ１１１８を通って伝送される。この第２のループアイソレータ１１１８はＳＯＡ１７４内への後方反射を再度防止し、これによりレーザ発振が防止される。
【０１８６】
後続の半波長板１１２０は、ループ１２１０において、波長可変光信号１５４の偏光を９０度回転させる。これにより、一構成においては、元々は水平偏光であった波長可変光信号１５４が垂直偏光となる。
【０１８７】
波長可変光信号は後続のフォールドミラー１２１６によって第１のＰＢＳ１１１０に向けて方向転換される。波長可変光信号の回転された偏光は、第１のＰＢＳ１１１０によって反射され、同一方向かつ直交偏光で２度目の通過として波長可変フィルタ１５０によって再びフィルタリングされ、次に第２のＰＢＳ１２１２によって反射される。これにより、波長可変光信号１５４は、出力信号１９０として現われる前にループ１２１０を１度通過する。出力信号１９０は波長可変フィルタ１５０を通過した直後に出現するため、出力信号における不要な残留広帯域自然放出光の量が減少する。
【０１８８】
図１７は、ダブルパス反射構成におけるＳＯＡを使用し、さらに同一方向セルフトラッキング波長可変フィルタ１５０を囲む（含む）ループを組み込んだ別の実施形態にかかる掃引光源１００ｋを示す。
【０１８９】
より詳細には、広帯域信号は広帯域光源１１２によって生成され、アイソレータ１９６を通って伝送される。ＰＢＳ１１０は、典型的には水平偏光であるＳＯＡ１１２の偏光を通過させるように構成される。広帯域信号１１４は次に１度目に波長可変フィルタ１５０を通過して波長可変光信号１５４を生成する。後続のアイソレータ１３０８が後方反射を防止する。次に、波長可変光信号１５４は第２のＰＢＳ１３１０を通って伝送される。
【０１９０】
波長可変光信号は次にダブルパス利得段に入る。具体的には、ファラデー回転子１３１２が偏光を４５度回転させ、次に後続の半波長板１３１４が波長可変光信号の偏光を反対方向に４５度回転させて、例えばＳＯＡ１７４に適した水平偏光を生成する。その結果生じた偏光は、偏光子１３１６を通って伝送されて、増幅器すなわちＳＯＡ１７４で増幅される。ＳＯＡ１７４の出力面における反射体１８０またはＳＯＡ１７４に隣接する反射体１８０は、光信号を反射してさらなる増幅のためにＳＯＡ１７４を再び通って伝送させる。偏光依存すなわち単一偏光のＳＯＡが、好ましくはこの反射型増幅器構成において使用される。光信号の偏光はＳＯＡにおいて回転されていないため、偏光子１３１６を再び通って伝送される。後続の半波長板１３１４は偏光を逆に回転させる。そして偏光はファラデー回転子１３１２において再び逆ではない方向に４５度回転されて、利得段に入った時の偏光に対して直交した偏光となる。戻った波長可変光信号は、ファラデー回転子１３１２の非可逆的な性質により直交偏光され、第２のＰＢＳ１３１０によって反射されてループ１３１８に入る。
【０１９１】
ループ１３１８における第１のフォールドミラー１３２０は波長可変光信号を反射して、アイソレータ１３２２を通過させ、波長可変光信号は次に第２のフォールドミラー１３２４によって反射される。これにより波長可変光信号は第１のＰＢＳ１１１０に戻る。波長可変光信号の偏光は、一例では垂直偏光となるように、広帯域信号１１４の元々の偏光に対して回転されているため、波長可変光信号１５４はＰＢＳ１１１０によって反射されて、１度目の通過に対して同一方向かつ直交偏光で波長可変フィルタ１５０を２度目に通過し、次にアイソレータ１３０８を通過する。このようにして、回転された偏光で、波長可変光信号１５４は第２のＰＢＳ１３１０によって反射されて、出力信号１９０として現われる。
【０１９２】
図１８は、図１７で説明された構成（１００ｋ）と同様の掃引光源１００ｌを示す。この特定の構成によりアイソレータがより効率的に利用され、図１７の実施形態よりもアイソレータが１つ少ない構成で同様の機能性を実現できる。
【０１９３】
広帯域光源１１２によって生成された広帯域信号１１４は、ここではアイソレータを介在させずにＰＢＳ１１１０に直接カップリングされる。代わりにアイソレータ１９６がループ１４１０内に移動される。すなわち、広帯域信号１１４はＰＢＳ１１１０を通って第１のアイソレータ１９６に伝送される。次に、広帯域信号１１４は波長可変フィルタ１５０にカップリングされて、１度目の通過では後続の狭帯域波長可変信号１５４を生成する。第２のアイソレータ１３０８もループ１４１０内に位置する。波長可変信号１５４は第２のＰＢＳ１３１０を通って伝送される。波長可変信号は次に、図９に関して説明したものと同様のダブルパス反射利得段にカップリングされる。このダブルパス反射利得段は、ファラデー回転子１３１２、半波長板１３１４、偏光子１３１６、およびＳＯＡ１７４を備える。
【０１９４】
増幅された波長可変信号１５４は、ファラデー回転子１３１２の非可逆作用に起因して、ダブルパス利得段から直交偏光で戻って受信される。そのため、波長可変信号は第２のＰＢＳ１３１０によってループ１４１０内へ、対のフォールドミラー１３２０および１３２４に向けて反射される。これにより、波長可変信号が第１のＰＢＳ１１１０に戻され、そこで反射される。この光信号は、１度目の通過に対して同一方向かつ直交偏光でアイソレータ１９６および波長可変フィルタ１５０を２度目に通過する。第２のアイソレータ１３０８を通った伝送の後、波長可変信号１５４は、直交回転されたその偏光で第２のＰＢＳ１３１０によって反射されて、出力信号１９０として現われる。
【０１９５】
図１９は、ダブルパスループ構成と同一方向セルフトラッキングフィルタとの組合せが使用され、第２の利得段が後続する別の実施形態１００ｍを示す。
【０１９６】
より詳細には、広帯域光源１５１０はダブルパスループ１５１６内に位置する。好ましい実施形態においては、広帯域光源１５１０は、前面および後面に反射防止コートが施されたＳＯＡのような半導体利得チップである。さらに、ＳＯＡ１５１０が、偏光等方性つまり偏光無依存となるように選択される。これにより、ＳＯＡ１５１０は、いずれの偏光の光であっても、好ましくは等しく増幅する。
【０１９７】
ＳＯＡ１５１０は、広帯域シード１１４の役割を果たすＡＳＥ光を生成する。広帯域光は第１のアイソレータ１５１２を通って伝送されて、レーザ発振を防止する。次に広帯域信号が波長可変フィルタ１５０を通って伝送されることで狭帯域波長可変信号１５４が生成される。この狭帯域信号１５４は次にＰＢＳ１５１４によって反射される。ＰＢＳ１５１４は、ループ内部における再増幅用の単一偏光を選択する。第１のフォールドミラー１５１８は、波長可変信号を反射して第２のアイソレータ１５２０および半波長板１５２２を通過させる。このようにして、狭帯域信号は直交偏光となり、次に２つのフォールドミラー１５２４および１５２６を使用してＳＯＡ１５１０の後面に戻される。
【０１９８】
ＳＯＡ１５１０の後面を通って入力された波長可変光信号は、ＳＯＡによって増幅される。この光信号は、１度目の通過に対して同一方向かつ直交偏光でアイソレータ１５１２および波長可変フィルタ１５０を２度目に通過する。増幅された波長可変信号は、半波長板１５２２の作用により直交偏光となっており、この２度目ではＰＢＳ１５１４を通過する。次に波長可変信号１５４は第３のアイソレータ１５２８を通過し、好ましくは増幅器すなわちＳＯＡ１７４においてさらに増幅される。最終アイソレータ１５３０を好ましくは使用して後方反射およびＳＯＡ１７４によるレーザ発振を防止する。
【０１９９】
一実施形態においては、最終トラッキング波長可変フィルタ１５３２が設けられる。このトラッキングフィルタは波長可変信号１５４の信号帯域外におけるＡＳＥ放出を減衰させるのに有用である。トラッキングフィルタ１５３２は、その通過帯域が波長可変フィルタ１５０の通過帯域と一致するように波長調整される。高速動作中にはこれは波長可変フィルタ１５０と同期して波長調整される。
【０２００】
本実施形態は、第１のＳＯＡ１５１０が最適に使用される限りにおいて有利である。第１のＳＯＡ１５１０は、ＡＳＥシードと第１の増幅段との両方として動作する。
【０２０１】
図２０は、２つのループ１６２６および１６４０を利用して同一方向セルフトラッキングフィルタ１５０をサポートする別の実施形態１００ｎを示す。
【０２０２】
より詳細には、広帯域光源１６１０がＡＳＥシードとして機能する。好ましくは、広帯域光源１６１０は、前面および後面に反射防止コートが施されたＳＯＡである。ＡＳＥ光はＳＯＡ１６１０の後面から伝送される。第１の偏光ビームスプリッタ１６１２が、ＳＯＡ１６１０によって生成されたＡＳＥ光の単一偏光を伝送することを選択する。広帯域信号１１４は次に第２のＰＢＳ１６１４を通って伝送される。後続のアイソレータ１６１６が、後方反射を防止し、その他に、広帯域信号１１４をセルフトラッキング波長可変フィルタ１５０に伝送する。
【０２０３】
フィルタ機能が広帯域信号１１４に対して作用することにより、狭帯域波長可変信号１５４が生成される。後続の第３のＰＢＳ１６２０は、光が波長可変フィルタ１５０を１度目に通過する際には、広帯域信号１１４および波長可変信号１５４の偏光の光を反射するように構成される。
【０２０４】
ＰＢＳ１６２０は、この１度目に通過する光を第１のループ１６２６に向けて方向転換する。波長可変信号は２つのフォールドミラー１６３０および１６３４によって第２のＰＢＳ１６１４に戻される。第１のループ１６２６内の半波長板は偏光を９０度回転させる。その結果、第２のＰＢＳ１６１４に戻ると、波長可変信号１５４は反射されて、１度目の通過に対して同一方向かつ直交偏光でアイソレータ１６１６および波長可変フィルタ１５０を再び通過する。この回転された偏光で、波長可変信号１５４は２度目の通過後に第３のＰＢＳ１６２０を通って第２のループ１６４０に伝送される。３つのフォールドミラー１６４２、１６４４、および１６４８が第２のループ１６４０を形成し、波長可変信号を第１のＰＢＳ１６１２に戻す。そしてアイソレータ１６４６を、好ましくは第２のループ１６４２内に配置して後方反射を防止する。
【０２０５】
第２のループ１６４０から戻ると、波長可変信号は第１のＰＢＳ１６１２によって反射されて、反対方向かつ直交偏光でＳＯＡ１６１０を再び通過する。これによりＳＯＡ１６１０は波長可変信号１５４用の増幅器として機能できる。次にアイソレータ１６５０から出力信号１９０が取り出される。
【０２０６】
図２１は、図２０に関して説明した実施形態（１００ｎ）に関連する別の実施形態１００ｏを示す。この実施形態１００ｏは２つのループによる構成となっている。しかし、ここでは２つの増幅段が追加される。
【０２０７】
より詳細には、図２０に関して説明したように、ＳＯＡ１６１０がＡＳＥシードとして機能する。広帯域光１１４が第１のＰＢＳ１６１２および第２のＰＢＳ１６１４を通って伝送される。広帯域信号は次に第１のアイソレータ１６１６および波長可変フィルタ１５０を通って伝送されて、狭帯域波長可変信号１５４を生成する。後続のアイソレータ１７１０が増幅器つまりＳＯＡ１７１１と共に追加される。好ましくは、増幅段であるこの第１のＳＯＡ１７１１における偏光は等方性である。そのため、ＳＯＡ１７１１はいずれの偏光に沿っても光を増幅する。第３のＰＢＳ１６２０が、ＳＯＡ１７１１内への後方への再集光を防止するアイソレータ１７１２に向けて、増幅された波長可変信号を反射する。２つのフォールドミラー１６３０および１６３４が、増幅された波長可変信号を第２のＰＢＳ１６１４に戻すループ１７０８を形成する。
【０２０８】
好ましくは、第１のループ１７０８は偏光子１７１４、半波長板１６３２、および第２のＳＯＡ増幅段１７１６をさらに含む。第２のＳＯＡ増幅段１７１６における偏光は異方性を有する。すなわち、第２のＳＯＡ増幅段１７１６は垂直偏光のような単一偏光のみに主に沿った光を増幅する。半波長板１６３２とＳＯＡ１７１６との順序を逆にし、ループ１７０８中の光線が１度目にＳＯＡ１７１６を通過し、次に偏光を回転させる半波長板１６３２を通過することもできる。この場合、ＳＯＡ１７１６は水平の利得偏光で動作できる。前述の実施形態において説明したように、第１のループ１７０８内の半波長板１６３２は偏光を回転させ、これにより、第２のＰＢＳ１６１４に戻った光は反射されて、アイソレータ１６１６、波長可変フィルタ１５０、アイソレータ１７１０、および第１の増幅段ＳＯＡ１７１１を再び通過する。
【０２０９】
このようにして増幅された波長可変信号１５４の回転された偏光とは、増幅された波長可変信号が第３のＰＢＳ１６２０を通って第２のループ１６４０に伝送されることを意味する。前述の実施形態において説明したように、第２のループ１６４０は波長可変信号を第１のＰＢＳ１６１２に戻す。波長可変信号１５４は、今回は、再びシードＳＯＡ１６１０を通って伝送される。出力経路上の最終アイソレータ１６５０がシードＳＯＡ１６１０におけるレーザ発振を防止しながら出力信号１９０を生成する。
【０２１０】
図２１の実施形態においては、合計４つの増幅段が設けられる。これは３つの光増幅器のみで実現される。
【０２１１】
他の実施形態においては、４段増幅すべてを必要としない場合、第１のＳＯＡ増幅段１７１１と第２のＳＯＡ増幅段１７１６のいずれか一方または両方が除外される。このような変形により、追加のアイソレータのいくつかが取り外される。
【０２１２】
図２２は、上述の掃引光源１００、２００を使用した光コヒーレンス分析システム３００を示す。
【０２１３】
詳細には、マイケルソン干渉計５０を使用して試料１０からの光信号を分析する。掃引光源モジュール１００からの波長可変出力光信号１９０が、ファイバ３２０に出力され、例えば９０／１０光カプラ３２２に伝送される。波長可変信号１９０はカプラ３２２によってシステムの参照アーム３２６と試料アーム１６１８とに分割される。参照アーム３２６の光ファイバはファイバ端面３２８で終端する。参照アームファイバ端面３２８から出射した光は、レンズ３３０によってコリメートされ、次にミラー３３２によって反射されて戻される。
【０２１４】
外部ミラー３３２は、距離を反映するために調整可能なファイバを有する（矢印３３４参照）。この距離は、画像化されている深さの範囲、すなわち参照アーム３２６と試料アーム１６１８との間の光路長さの差がゼロとなる試料１０の位置が判定される。この距離は異なるサンプリングプローブおよび／または画像化された試料に対して調整される。参照ミラー３３２から戻った光は参照アームサーキュレータ３４２に返され、５０／５０ファイバカプラ３４６へ向けて方向転換される。
【０２１５】
試料アーム１６１８上のファイバは試料アームプローブ３３６で終端する。出射光がプローブ３３６によって試料１０上に集光される。試料１０から戻った光は試料アームサーキュレータ３４１に返され、５０／５０ファイバカプラ３４６へ向けて方向転換される。参照アーム信号および試料アーム信号はファイバカプラ３４６において合成される。合成／干渉信号は、ファイバカプラ３４６の各出力において、２つの検知器３４８を備えた平衡受信器によって検出される。平衡受信器３４８からの電子干渉信号は増幅器３５０によって増幅される。
【０２１６】
アナログデジタル変換器システム３１５を使用して増幅器３５０からの干渉信号出力をサンプリングする。掃引光源から生じた周波数クロック信号および掃引トリガ信号をＡ２Ｄボード３１５において使用してシステムデータの取得と掃引光源の周波数波長調整とを同期する。
【０２１７】
試料上にわたって集光されたプローブビームの点をデカルト幾何学ｘ−ｙ方式または円筒幾何学θ−ｚ方式によって空間的にラスタ走査することで、試料１０から完全なデータ群が集められ、これらの点におけるスペクトル応答が掃引光源１００の周波数波長調整から生成されると、画像の再構成と試料１０の２Ｄまたは３Ｄのトモグラフィ再構成（断層撮影再構成）とを行うために、デジタル信号プロセッサ３８０はデータをフーリエ変換する。デジタル信号プロセッサ３８０によって生成されたこの情報は、続いてビデオモニタに表示される。
【０２１８】
図２３は、掃引光源１００、２００のための、例えば分光器用途のような別の用途を示す。本実施形態においては、掃引光源１００、２００は狭帯域波長可変出力信号１９０を生成する。この信号１９０は、光ファイバ３２０上でプローブ１９９に伝送される。試料１０は、プローブ１９９からの波長可変信号１９０によって照射される。検出器１９８が、典型的には試料１０からの拡散反射率またはミラー面反射率を検出する。掃引光源１００を波長走査帯域にわたって波長調整することによって、検出器１９８の時間分解応答が試料１０のスペクトル応答に対応する。こうして掃引光源は分光法分析システム３８４において使用される。
【０２１９】
掃引光源１００および２００の一つの利点としては、光源がレーザではないためコヒーレンスの制御可能レベルが広いことが挙げられる。これは、スペクトル解析の精度を損なうおそれのあるスペックルを制御および制限するのに重要である。フィルタＡＳＥ掃引光源によって可能となるような、より広く動的な線幅を有する波長可変信号は、典型的には線幅の非常に狭い掃引レーザ光源に比べて、測定されるスペックルのレベルを低減できる。
【０２２０】
本発明を特にその好ましい実施形態を参照することにより示し説明してきたが、添付された請求項に包含された発明の範囲から逸脱しない範囲で、形態および詳細において様々な変更を行ってもよいことは当業者によって理解されるであろう。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
マイクロ光学ベンチと、
広帯域光を生成する光源と、
前記ベンチに設置された第１の波長可変ファブリペロフィルタであって、波長可変信号を生成するように、前記光源からの前記広帯域光をスペクトル的にフィルタリングする第１の波長可変ファブリペロフィルタと、
前記ベンチに設置された増幅器であって、前記波長可変信号を増幅する増幅器と、
前記ベンチに設置された第２の波長可変ファブリペロフィルタであって、前記増幅器からの前記増幅された波長可変信号をスペクトル的にフィルタリングする第２の波長可変ファブリペロフィルタとを備えた、波長掃引光源。
〔態様２〕
態様１において、さらに、
ハーメチックパッケージを備え、
前記マイクロ光学ベンチはこのハーメチックパッケージ内に設置されている、波長掃引光源。
〔態様３〕
態様２において、前記ハーメチックパッケージはバタフライパッケージである、波長掃引光源。
〔態様４〕
態様１において、さらに、
前記光学ベンチの温度を制御するように、前記光学ベンチの裏面に取り付けられた熱電冷却機を備えた、波長掃引光源。
〔態様５〕
態様１において、前記光源は、前記ベンチに設置された高輝度発光ダイオードを含む、波長掃引光源。
〔態様６〕
態様１において、前記光源は、前記ベンチに設置された半導体光増幅器を含む、波長掃引光源。
〔態様７〕
態様１において、前記第１の波長可変ファブリペロフィルタおよび前記第２の波長可変ファブリペロフィルタは、反射型で動作する、波長掃引光源。
〔態様８〕
態様１において、前記第１のファブリペロ波長可変フィルタの半値全幅帯域幅は２０ＧＨｚ未満である、波長掃引光源。
〔態様９〕
態様１において、前記第１のファブリペロ波長可変フィルタの半値全幅帯域幅は約１０ＧＨｚ以下である、波長掃引光源。
〔態様１０〕
態様１において、前記増幅器は半導体光増幅器である、波長掃引光源。
〔態様１１〕
態様１において、さらに、
前記第２の波長可変ファブリペロフィルタからの前記増幅された波長可変信号を増幅する第２の増幅器を備えた、波長掃引光源。
〔態様１２〕
態様１において、さらに、
前記第１の波長可変ファブリペロフィルタと前記増幅器との間にアイソレータを備えた、波長掃引光源。
〔態様１３〕
態様１において、前記増幅器と前記第２の波長可変ファブリペロフィルタとの間にアイソレータを備えた、波長掃引光源。
〔態様１４〕
マイクロ光学ベンチ、
広帯域光を生成する光源、
前記ベンチに設置された波長可変ファブリペロフィルタであって、波長可変信号を生成するように、前記光源からの前記広帯域光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変ファブリペロフィルタ、および
前記ベンチに設置された増幅器であって、前記波長可変信号を増幅する増幅器を有する、波長掃引光源と、
前記波長掃引光源からの前記増幅された波長可変信号を試料アームおよび参照アームに伝送し、干渉信号を生成するように、前記試料アームおよび前記参照アームからの前記光信号を合成する干渉計とを備えた、光トモグラフィシステム。
〔態様１５〕
態様１４において、前記波長掃引光源は、前記ベンチに設置され、前記増幅器からの前記増幅された波長可変信号を増幅する第２の増幅器をさらに含むシステム。
〔態様１６〕
態様１４において、前記波長掃引光源は、前記ベンチに設置され、前記増幅器からの前記増幅された波長可変信号をスペクトル的にフィルタリングする第２の波長可変ファブリペロフィルタをさらに含むシステム。
〔態様１７〕
態様１４において、前記マイクロ光学ベンチが内部に設置されたハーメチックパッケージをさらに備えるシステム。
〔態様１８〕
態様１７において、前記ハーメチックパッケージはバタフライパッケージであるシステム。
〔態様１９〕
態様１４において、前記光学ベンチの裏面に装着されて前記光学ベンチの温度制御を行う熱電冷却機をさらに備えるシステム。
〔態様２０〕
態様１４において、前記光源は、前記ベンチに設置される高輝度発光ダイオードを備えるシステム。
〔態様２１〕
態様１４において、前記光源は、前記ベンチに設置される半導体光増幅器を備えるシステム。
〔態様２２〕
態様１４において、前記波長可変ファブリペロフィルタは微小電子機械フィルタであるシステム。
〔態様２３〕
態様１４において、前記第１のファブリペロ波長可変フィルタの半値全幅帯域幅は２０ＧＨｚ未満であるシステム。
〔態様２４〕
態様１４において、前記第１のファブリペロ波長可変フィルタの半値全幅帯域幅は約１０ＧＨｚ以下であるシステム。
〔態様２５〕
態様１４において、前記増幅器は半導体光増幅器であるシステム。
〔態様２６〕
態様１４において、前記波長可変ファブリペロフィルタと前記増幅器との間にアイソレータをさらに備えるシステム。
〔態様２７〕
広帯域光を生成する光源と、
波長可変信号を生成するように、前記光源からの前記広帯域光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変ファブリペロフィルタと、
前記波長可変信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器からの前記波長可変信号を増幅する第２の増幅器とを備えた、波長掃引光源。
〔態様２８〕
態様２７において、前記第１の増幅器からの前記増幅された波長可変信号をスペクトル的にフィルタリングする第２の波長可変ファブリペロフィルタをさらに備える波長掃引光源。
〔態様２９〕
態様２７において、前記光源は高輝度発光ダイオードを備える波長掃引光源。
〔態様３０〕
前記光源は半導体光増幅器を備える態様２７に記載の波長掃引光源。
〔態様３１〕
態様２７において、前記波長可変ファブリペロフィルタは反射型で機能する波長掃引光源。
〔態様３２〕
態様２７において、前記第１の増幅器および前記第２の増幅器はそれぞれ半導体光増幅器である波長掃引光源。
〔態様３３〕
態様２７において、前記波長可変ファブリペロフィルタと前記光源との間にアイソレータをさらに備える波長掃引光源。
〔態様３４〕
態様２７において、前記波長可変ファブリペロフィルタと前記第１の増幅器との間にアイソレータをさらに備える波長掃引光源。
〔態様３５〕
広帯域光を生成する光源、
波長可変信号を生成するように、前記光源からの前記広帯域光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変ファブリペロフィルタ、
前記波長可変信号を増幅する第１の増幅器、および
前記第１の増幅器からの前記波長可変信号を増幅する第２の増幅器を有する、波長掃引光源と、
前記波長掃引光源からの前記増幅された波長可変信号を試料アームおよび参照アームに伝送し、干渉信号を生成するように、前記試料アームおよび前記参照アームからの前記光信号を合成する干渉計とを備えた、光トモグラフィシステム。
〔態様３６〕
態様３５において、前記波長掃引光源は、前記第１の増幅器からの前記増幅された波長可変信号をフィルタリングする第２の波長可変ファブリペロフィルタをさらに含むシステム。
〔態様３７〕
態様３５において、前記光源は高輝度発光ダイオードを備えるシステム。
〔態様３８〕
態様３５において、前記光源は半導体光増幅器を備えるシステム。
〔態様３９〕
態様３５において、前記波長可変ファブリペロフィルタは微小電子機械フィルタであるシステム。
〔態様４０〕
態様３５において、前記第１の増幅器および前記第２の増幅器はそれぞれ半導体光増幅器であるシステム。
〔態様４１〕
態様３５において、前記波長可変ファブリペロフィルタと前記第１の増幅器との間にアイソレータをさらに備えるシステム。
〔態様４２〕
態様３５において、前記波長可変ファブリペロフィルタと前記光源との間にアイソレータをさらに備えるシステム。
〔態様４３〕
態様３５において、前記波長可変ファブリペロフィルタと前記第１の増幅器との間にアイソレータをさらに備えるシステム。
〔態様４４〕
広帯域光を生成する広帯域光源と、
半導体光増幅器で増幅される波長可変信号を反射して生成するように、前記広帯域光源からの前記広帯域光をスペクトル的にフィルタリングする、波長可変ファブリペロフィルタと、
前記増幅された波長可変信号が反射して前記半導体光増幅器内に戻ることを防止するアイソレーションとを備えた、波長掃引光源。
〔態様４５〕
態様４４において、さらに、
前記半導体光増幅器からの前記増幅された波長可変信号を増幅する第２の半導体光増幅器を備えた、波長掃引光源。
〔態様４６〕
態様４４において、さらに、
前記半導体光増幅器からの前記増幅された波長可変信号をスペクトル的にフィルタリングする第２のファブリペロフィルタを備えた波長掃引光源。
〔態様４７〕
態様４６において、前記半導体光増幅器によって増幅され、前記第２のファブリペロフィルタによってフィルタリングされた前記波長可変信号を増幅する第２の半導体光増幅器をさらに備える波長掃引光源。
〔態様４８〕
走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成するように、光源からの光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変フィルタと、
前記波長可変光信号を増幅する光増幅器であって、前記増幅された波長可変光信号は前記波長可変フィルタによってフィルタリングされている、光増幅器とを備えた、掃引源。
〔態様４９〕
態様４８において、前記光源は、前記走査帯域にわたって光を生成する広帯域光源を備える掃引源。
〔態様５０〕
態様４８において、前記光源は、前記走査帯域にわたって光を生成する増幅自然放出源を備えた、掃引源。
〔態様５１〕
態様４８において、前記波長可変フィルタはファブリペロ波長可変フィルタである、掃引源。
〔態様５２〕
態様４８において、前記波長可変フィルタは微小電子機械システムファブリペロ波長可変フィルタである掃引源。
〔態様５３〕
態様４８において、前記波長可変光学フィルタの通過帯域は、半値全幅で２０ギガヘルツ未満である、掃引源。
〔態様５４〕
態様４８において、前記波長可変光学フィルタの通過帯域は５ギガヘルツ未満（ＦＷＨＭ）である掃引源。
〔態様５５〕
態様４８において、さらに、
波長調整コントローラであって、前記波長可変フィルタを駆動して、前記走査帯域にわたって１０キロヘルツよりも大きい速度で波長調整させる波長調整コントローラを備えた、掃引源。
〔態様５６〕
態様４８において、さらに、
波長調整コントローラであって、前記波長可変フィルタを駆動して、前記走査帯域にわたって１００キロヘルツよりも大きい速度で波長調整させる波長調整コントローラを備えた、掃引源。
〔態様５７〕
態様４８において、前記光増幅器は半導体光増幅器である、掃引源。
〔態様５８〕
態様４８において、さらに、
前記光増幅器を２度目に通過させて前記波長可変フィルタに戻るように、前記波長可変光信号を反射する反射体を備えた、掃引源。
〔態様５９〕
態様４８において、さらに、
前記光増幅器を含むループであって、前記波長可変光信号を前記波長可変フィルタに戻るように方向付けるループを備えた、掃引源。
〔態様６０〕
態様４８において、さらに、
前記波長可変フィルタによってフィルタリングされている前記波長可変光信号の偏光を回転させる偏光回転システムを備えた、掃引源。
〔態様６１〕
態様６０において、前記偏光回転システムは非可逆偏光回転素子を含む。掃引源。
〔態様６２〕
態様６０において、前記偏光回転システムは半波長板を含む、掃引源。
〔態様６３〕
態様４８において、前記波長可変光信号の前記波長可変フィルタによる前記フィルタリングは、前記波長可変フィルタによる前記増幅された波長可変光信号の前記フィルタリングと同一方向である掃引源。
〔態様６４〕
態様４８において、前記波長可変光信号の前記波長可変フィルタによる前記フィルタリングは、前記波長可変フィルタによる前記増幅された波長可変光信号の前記フィルタリングと反対方向である掃引源。
〔態様６５〕
走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成するように、波長可変フィルタで光をスペクトル的にフィルタリングする工程と、
増幅された波長可変光信号を生成するように、前記波長可変光信号を増幅する工程と、
前記増幅された波長可変光信号を、前記波長可変フィルタでスペクトル的にフィルタリングする工程とを備えた、波長可変光信号の生成方法。
〔態様６６〕
態様６５において、前記走査帯域にわたって光を生成する広帯域光源によって前記光を生成することをさらに備える方法。
〔態様６７〕
態様６５において、前記波長可変フィルタはファブリペロ波長可変フィルタである方法。
〔態様６８〕
態様６５において、さらに、
前記走査帯域にわたって、１０キロヘルツよりも大きい速度で前記波長可変フィルタを波長調整する工程を備えた、方法。
〔態様６９〕
態様６５において、さらに、
前記走査帯域にわたって、１００キロヘルツよりも大きい速度で前記波長可変フィルタを波長調整する工程を備えた、方法。
〔態様７０〕
態様６５において、さらに、
ループを用いて、前記波長可変フィルタに戻すように前記波長可変光信号を方向付ける工程を備えた、方法。
〔態様７１〕
態様６５において、さらに、
反射体を用いて、前記波長可変フィルタに戻すように前記波長可変光信号を方向付ける工程を備えた、方法。
〔態様７２〕
スペクトル帯域にわたってスペクトル的に波長調整可能な波長可変光信号を生成するように、光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変フィルタと、
前記波長可変光信号を増幅する光増幅器であって、前記増幅された波長可変光信号は前記波長可変フィルタによってフィルタリングされている、増幅器とを備えた、波長可変増幅器。
〔態様７３〕
走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成するように、光源からの光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変フィルタと、
１度目の通過では前記波長可変光信号を増幅する光増幅器と、
２度目の通過では前記光増幅器を通過させるように、前記波長可変光信号を反射する反射体とを備えた、掃引光源。
〔態様７４〕
走査帯域にわたってスペクトル的に波長調整された波長可変光信号を生成するように、光源からの光をスペクトル的にフィルタリングする波長可変フィルタ、および
前記波長可変光信号を増幅する光増幅器であって、前記増幅された波長可変光信号は前記波長可変フィルタによってフィルタリングされている、増幅器を有する、掃引源と、
前記増幅された波長可変光信号を参照アームと試料アームとに分割し、前記参照アームおよび前記試料アームからの前記光信号を合成することによって干渉信号を生成するマイケルソン干渉計と、
前記干渉信号を検出する検出器システムとを備えた、光コヒーレンス分析システム。
【符号の説明】
【０２２１】
１１０  マイクロ光学ベンチ
１１２  光源
２１６  第１の波長可変ファブリペロフィルタ
２２０  増幅器
２２２  第２の波長可変ファブリペロフィルタ
【図１】
0005898077.tif 000002
【図２】
0005898077.tif 000003
【図３Ａ】
0005898077.tif 000004
【図３Ｂ】
0005898077.tif 000005
【図３Ｃ】
0005898077.tif 000006
【図４】
0005898077.tif 000007
【図５Ａ】
0005898077.tif 000008
【図５Ｂ】
0005898077.tif 000009
【図５Ｃ】
0005898077.tif 000010
【図５Ｄ】
0005898077.tif 000011
【図５Ｅ】
0005898077.tif 000012
【図５Ｆ】
0005898077.tif 000013
【図５Ｇ】
0005898077.tif 000014
【図６Ａ】
0005898077.tif 000015
【図６Ｂ】
0005898077.tif 000016
【図６Ｃ】
0005898077.tif 000017
【図７】
0005898077.tif 000018
【図８】
0005898077.tif 000019
【図９】
0005898077.tif 000020
【図１０】
0005898077.tif 000021
【図１１Ａ】
0005898077.tif 000022
【図１１Ｂ】
0005898077.tif 000023
【図１２】
0005898077.tif 000024
【図１３】
0005898077.tif 000025
【図１４】
0005898077.tif 000026
【図１５】
0005898077.tif 000027
【図１６】
0005898077.tif 000028
【図１７】
0005898077.tif 000029
【図１８】
0005898077.tif 000030
【図１９】
0005898077.tif 000031
【図２０】
0005898077.tif 000032
【図２１】
0005898077.tif 000033
【図２２】
0005898077.tif 000034
【図２３】
0005898077.tif 000035
【図２４】
0005898077.tif 000036