(57)【要約】【課題】電極から高周波に大電圧を印加する必要がなく、高速で且つ偏向角を大きくすることが可能となる光偏向素子等を提供する。【解決手段】第一の光を発する光源と、前記第一の光、および前記第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、を有する光偏向素子であって、前記第二の光の、前記光学部材から出射される方向が、前記第一の光の強度を変化させることによって変わるように構成されていることを特徴とする光偏向素子。【選択図】            図１
2015028574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光を発する光源と、前記第一の光、および前記第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、を有する光偏向素子であって、
前記第二の光の、前記光学部材から出射される方向が、前記第一の光の強度を変化させることによって変わるように構成されていることを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
前記光学部材が、少なくとも、光を入射させる第一の面と光を射出させる第二の面を備え、
前記光学部材の前記第一の面における第一の入射位置から前記第一の光を入射させると共に、前記光学部材の前記第一の面における第二の入射位置から第二の光を入射させ、
前記第二の光が、前記光学部材の内部で前記第一の光と互いにその光軸が交わらないように、前記第一の光が伝搬する方向に導波するように構成され、
前記第一の光は、該第一の光が伝搬する方向と垂直な面内の、該第一の光の光軸上と前記第二の光の光軸上とで異なる光強度を有し、
前記第一の光の強度を時間的に変化させることによって、前記第二の光が前記光学部材の第二の面から射出される方向を変化させることが可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項３】
前記第一の光と前記第二の光の前記光学部材への入射角度が、同一の入射角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向素子。
【請求項４】
前記第一の光の、前記第一の入射位置における単位面積当たりの強度をＩ、前記第一の光の前記第二の入射位置での強度をＩ’、
前記第一の光によって誘起される前記第二の光に対する非線形屈折率の変化の係数をｎ２、前記光学部材の素子長をＬ、前記第一の入射位置と前記第二の入射位置との間隔をΔｙとするとき、
以下の式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光偏向素子。
2015028574.tif 000024
【請求項５】
前記第一の光と前記第二の光とは、偏光方向が同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項６】
前記第一の光の強度が前記第二の光の強度よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項７】
前記第一の光を発する光源が、モードロックレーザ、Ｑスイッチレーザを含む光源であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項８】
前記光源が、チタンサファイアレーザを含む光源であることを特徴とする請求項７に記載の光偏向素子。
【請求項９】
前記第一の光を発する光源が、強度変調が可能なＣＷ光源であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１０】
前記第一の光はビーム形状が楕円形状であり、
前記第二の光の中心が、前記楕円の長軸上に位置することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１１】
前記光学部材は、前記第一の光と前記第二の光を閉じ込め導波させるプレーナ導波路構造であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１２】
前記プレーナ導波路構造は、前記第一の光の伝搬部位と第二の光の伝搬部位で、前記第一と第二の光が伝搬する方向におけるこれらの光の光軸を結ぶ線と直交する方向の厚みが異なり、
前記第一の光と前記第二の光の伝搬速度が略等しい伝搬速度とされていることを特徴とする請求項９に記載の光偏向素子。
【請求項１３】
前記光学部材の第二の面の少なくとも一部は、前記第一の面の前記第二の入射位置を中心とする球面形状あるいは円筒面形状を有し、
前記第二の光の前記光学部材からの射出位置は前記球面形状あるいは円筒面形状の部分にあることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１４】
前記光学部材の第二の面の前記第一の光の光軸が照射される部位は、前記第一の光を反射し、前記第一の光を前記第二の光の射出方向と異なる方向に伝搬させることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向素子。
【請求項１５】
前記第一の光が伝搬する方向と垂直な面内での前記第一の光の強度分布は、該第一の光の光軸から離れるにつれて一定の割合で低下することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１６】
前記第一の光は、前記第一の入射位置を複数有し、
前記複数の第一の入射位置から入射する前記第一の光は前記光学部材に対して互いに同じ入射角を有し、
前記複数の第一の入射位置は前記第一の面上で前記第二の入射位置と共に一直線上に並び、
且つ前記複数の第一の入射位置のいずれか二つの間に前記第二の光の前記第二の入射位置を挟むように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向素子。
【請求項１７】
前記第一の光は、前記第一の入射位置を複数有し、
前記複数の第一の入射位置から入射する前記第一の光は前記光学部材に対して互いに同じ入射角を有し、
前記複数の第一の入射位置は前記第一の面上で前記第二の入射位置を交点として直交する二直線上に並ぶように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向素子。
【請求項１８】
光が照射される面の面内に周期的な格子パターンを有する回折格子と、
前記回折格子に照射される光を、少なくとも前記格子パターンを横切る第一の方向に関してコリメートする光学素子と、
前記光学素子を経た前記光の前記回折格子への照射位置を可変とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の光偏向素子と、
該回折格子によって回折された光の一部を選択する光学素子と、
発光素子と、
を有することを特徴とする波長可変光源。
【請求項１９】
前記光が照射される面の面内の前記第一の方向と平行な方向をｘ軸方向とし、
前記光が照射される面の面内の前記第一の方向と垂直な第二の方向をｙ軸方向としたとき、
ｙが等しくｘが異なる二つの位置では前記格子パターンの周期が互いに等しく、
ｙが異なる二つの位置では前記格子パターンの周期が互いに異なっており、
前記光偏向素子は前記回折格子の前記第二の方向に前記光の照射位置を可変とすることが可能に構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の波長可変光源。
【請求項２０】
光源を備え、該光源による測定光を照射した被検査物からの戻り光と、該光源による該測定光に対応する参照光とを合波した光に基づいて、前記被検査物の断層画像を取得する光断層撮像装置であって、
前記光源が、請求項１６または請求項１７に記載の波長可変光源により構成されていることを特徴とする光断層撮像装置。
【請求項２１】
第一の光を発する光源と、前記第一の光、および前記第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、前記第一の光の強度を変化させる制御部と、を有する光偏向素子であって、
前記第二の光の、前記光学部材から出射される方向を、前記制御部により前記第一の光の強度を変化させることによって変えることを特徴とする光偏向素子。
【請求項２２】
第一の光を発する光源と、前記第一の光、および前記第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、を有する光偏向素子を用いた、前記第二の光の進行方向を変える方法であって、
前記第一の光、および前記第二の光を前記光学部材に入射させる工程と、
前記第一の光の強度を変化させることによって、前記第二の光の前記光学部材から出射される方向を変える工程と、を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向素子、該光偏向素子を備える波長可変光源、及び光断層撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を偏向する技術において、その偏向速度の高速性と大きな偏向角の実現との両立が求められている。
例えば、レーザープリンターやレーザーディスプレイなどがその例であり、偏向速度の向上により装置の駆動速度の向上が可能である。
さらに、偏向素子をスイッチング素子や、波長可変光源などに応用することも可能であり、偏向角が大きく、且つ高速駆動が可能な光偏向素子の開発が切望されている。
このような光を偏向する技術として、例えば、特許文献１では電極間に挟まれた電気光学結晶に電圧を印加し、屈折率変化を生じさせて光を偏向する電気光学素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００６−１３７４０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例における光偏向素子を構成する特許文献１の電気光学素子は、つぎのような課題を有している。
すなわち、この電気光学素子では電気光学結晶に電極から電圧を印加することにより屈折率変化を生じさせるが、その構造上、偏向角を大きくとるためにはある程度の素子面積が必要であり、電極面積を拡大させる必要がある。
また、屈折率変化の大きさは印加電圧に依存するため、大きな偏向角を実現するためには数１００Ｖ／ｍｍと非常に大きな電圧印加を必要とする。
そして、高速な光偏向を実現するためにはこの電極に、掃引速度に等しい高周波電界を印加することが必要である。
上記従来例の電極間に電気光学結晶を挟んだ構造は電気的には大容量のコンデンサと同等であり、大きなキャパシタンスを有する。
そのため、高速性と大偏向角を両立するために、面積が大きな電気光学素子に対して高周波に大電圧を印加することは容易ではなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、電極から高周波に大電圧を印加する必要がなく、高速で且つ偏向角を大きくすることが可能となる光偏向素子、該光偏向素子を備える波長可変光源、及び光断層撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光偏向素子は、第一の光を発する光源と、前記第一の光、および前記第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、を有する光偏向素子であって、
前記第二の光の、前記光学部材から出射される方向が、前記第一の光の強度を変化させることによって変わるように構成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る波長可変光源は、光が照射される面の面内に周期的な格子パターンを有する回折格子と、
前記回折格子に照射される光を、少なくとも前記格子パターンを横切る第一の方向に関してコリメートする光学素子と、
前記光学素子を経た前記光の前記回折格子への照射位置を可変とする上記した光偏向素子と、
該回折格子によって回折された光の一部を選択する光学素子と、
発光素子と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光断層撮像装置は、光源を備え、該光源による測定光を照射した被検査物からの戻り光と、該光源による該測定光に対応する参照光とを合波した光に基づいて、前記被検査物の断層画像を取得する光断層撮像装置であって、
前記光源が、上記した波長可変光源により構成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る光偏向素子は、第一の光を発する光源と、前記第一の光、および前記第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、前記第一の光の強度を変化させる制御部と、を有する光偏向素子であって、
前記第二の光の、前記光学部材から出射される方向を、前記制御部により前記第一の光の強度を変化させることによって変えることを特徴とする。
また、本発明に係る光偏向素子は、第一の光を発する光源と、前記第一の光、および前記第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、を有する光偏向素子を用いた、前記第二の光の進行方向を変える方法であって、
前記第一の光、および前記第二の光を前記光学部材に入射させる工程と、
前記第一の光の強度を変化させることによって、前記第二の光の前記光学部材から出射される方向を変える工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電極から高周波に大電圧を印加する必要がなく、高速で且つ偏向角を大きくすることが可能となる光偏向素子、該光偏向素子を備える波長可変光源、及び光断層撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態における光偏向素子の構成例を説明する概略図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるポンプ光の強度が光軸から離れるにつれて一定の割合で低下していく三角形状とした構成例を説明する図。
【図３】本発明の実施の形態におけるポンプ光強度が時間的に線形に増加し、線形に減少していく制御例を説明する図。
【図４】本発明の実施の形態におけるポンプ光強度を時間とともに線形に増加しある時点で０に戻す制御例を説明する図。
【図５】本発明の実施の形態におけるポンプ光をシグナル光の両側に伝搬させるようにした構成例を説明する図。
【図６】本発明の実施形態におけるポンプ光をシグナル光の位置を交点とする直交する２軸上に配置し伝搬させるようにした構成例を説明する図。
【図７】本発明の実施形態におけるポンプ光をシグナル光の位置を交点とする直交する２軸上に配置し伝搬させるようにした構成例を説明する図。
【図８】本発明の実施の形態におけるポンプ光の進行方向と垂直な面での光強度分布を楕円形状とした構成例を説明する図。
【図９】本発明の実施の形態におけるシグナル光の非線形媒質内での偏向角が小さい場合の、シグナル光が非線形媒質に入射する構成例を説明する図。
【図１０】本発明の実施の形態における非線形媒質形状をポンプ光、シグナル光の入射面側からｘ軸方向に見て描いた図。
【図１１】本発明の実施の形態における非線形媒質のポンプ光射出端面のポンプ光が射出される部位に反射膜を配置するようにした構成例を説明する図。
【図１２】本発明の実施の形態における波長可変光源の構成例を説明する図。
【図１３】本発明の実施の形態における透過型の回折格子の構成例を説明する図。
【図１４】本発明の実施の形態における扇型の回折格子の構成例を説明する図。
【図１５】本発明の実施例３における光断層撮像装置の構成例を説明する図。
【図１６】本発明の実施例３における別の形態による光断層撮像装置の構成例を説明する図。
【図１７】従来例の回折格子系を説明する図。
【図１８】本発明の実施例１における光偏向素子の構成例を説明する図。
【図１９】本発明の実施の形態における階段状の格子パターンを示す図。
【図２０】本発明の実施例２における波長可変光源の構成例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る光偏向素子は、第一の光を発する光源と、前記第一の光、および第一の光と異なる第二の光が入射するように設けられた、３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材と、を有する。また、第二の光の、光学部材から出射される方向が、前記第一の光の強度を変化させることによって変わるように構成されていることを特徴とする。
また、上記光偏向素子を用いた、第二の光の進行方向を変える方法は以下の３つの工程を少なくとも有する。
（ｉ）第一の光、および第二の光を光学部材に入射させる工程
（ｉｉ）第一の光の強度を変化させることによって、第二の光の光学部材から出射される方向を変える工程
３次の非線形感受率χ（３）を有する光学部材内の第一の光の強度を大きくすることによって、光学部材内の第一の光の光路における屈折率が大きくなる。屈折率が大きくなることによって、光学部材内の第二の光が第一の光の光路に近くなるように、進行方向が変わる。その後、第一の光の強度を小さくしていくと、第二の光の進行方向は、第一の光の光路に近い状態から元に戻る。すなわち、第一の光の強度を変化させることによって、光学部材からの第二の光の出射方向を変えることができる。
なお、第一の光の強度が第二の光の強度よりも大きい場合、第二の光の進行方向が第一の光の光路に近づきやすく、結果的に光学部材から出射される方向を大きく変化させることができるため好ましい。
また、後述するように、進行方向の変化、すなわち偏向角の大きさは第一の光（ポンプ光）の大きさと比例関係にあるため、第一の光の強度は大きいことが好ましい。また、偏向角の大きさの変化速度は、第一の光の強度の変化速度と比例関係にあるため、第一の光は、ピーク値（尖頭値）が大きく、かつ、光強度の時間変化が大きい、パルス光であることが好ましい。このようなパルス光を発することのできる光源として例えばチタンサファイアレーザが挙げられる。
また、本実施形態に係る光偏向素子は、第一の光の強度を変化させる機構としての制御部をさらに有していてもよい。
つぎに、本発明の実施形態を、図１を用いて詳細に説明する。
なお、本発明は以下に説明する本実施形態の構成によって何ら限定されるものではない。図１において、１０１は光源から発せられるポンプ光（第一の光）、１０２はシグナル光（第二の光）、１０３は非線形媒質による光学部材である。
１０３の非線形媒質は大強度の光の入射によって、光強度に依存した屈折率変化を生じる媒質を用いる。
また、本説明ではポンプ光は大強度の光であるとする。
【００１０】
ここで、光強度に依存した屈折率変化について説明する。
非線形媒質に照射するポンプ光の電界を、
2015028574.tif 000003
とする。
また、シグナル光の電界を
2015028574.tif 000004
とする。この時照射する光電界は、
2015028574.tif 000005
である。
非線形媒質に光を照射する事によって生じる屈折率変化は、０ではない３次の非線形感受率χ（３）を通して発現する。
非線形媒質に光電界Ｅによって生じる非線形分極Ｐを、
2015028574.tif 000006
とする。
３次の非線形分極までを考慮する時、非線形媒質に生じる分極成分のうち、シグナル光の周波数ωｓの成分は、
2015028574.tif 000007
と書ける。
【００１１】
つまり、周波数ωｓの分極に関して、実効的な感受率χは、次の（式１）とみなせる。
（式１）
2015028574.tif 000008
そして、照射光による非線形屈折率は次のように表現される。
2015028574.tif 000009
ここでｎ０は線形の屈折率、ｎ２が光電界に依存する非線形屈折率である。
ポンプ光がシグナル光よりも非常に強い条件では、次の（式２）とみなせる。
（式２）
2015028574.tif 000010
【００１２】
そして、式１と２及びε＝１＋χより、Ｅｐの冪で係数比較して、次の（式３）となり、非線形媒質がポンプ光の電界Ｅｐによりシグナル光に対して発現する非線形屈折率ｎ２Ｅが求まる。
（式３）
2015028574.tif 000011
また、光電界Ｅｐの２乗のＥｐ２はポンプ光強度と比例関係にあるので、非線形媒質の屈折率はポンプ光強度Ｉｐを使って、次の（式４）と書ける。
（式４）
2015028574.tif 000012
また、上述の議論で照射する光電界を、
2015028574.tif 000013
であるとし、同様に非線形屈折率を求めると、
2015028574.tif 000014
となる。これは光がその強度によって自分自身に対する屈折率変化を誘起する際の非線形屈折率を示している。
つまり、先述の議論のポンプ光によるシグナル光に対する屈折率変化の係数ｎ２Ｅやｎ２は、自己集束効果など、光が自分自身に対して生じる非線形屈折率の係数の２倍であることを付記しておく。
【００１３】
また、ポンプ光強度に依存したシグナル光に対する屈折率変化を用いたシグナル光の偏向について以下に説明する。
本実施例の光偏向素子は、非線形媒質による光学部材の第一の面における第一の入射位置からポンプ光を入射させると共に、
該第一の面における第二の入射位置からシグナル光を入射させ、該シグナル光が上記光学部材の内部でポンプ光と互いにその光軸が交わらないように、ポンプ光が伝搬する方向に導波するように構成されている。
その際、ポンプ光は、該ポンプ光が伝搬する方向と垂直な面内の、該ポンプ光の光軸上とシグナル光の光軸上とで異なる光強度を有し、
該ポンプ光の強度を時間的に変化させることによって、シグナル光が光学部材の第二の面から射出される方向を変化させることが可能に構成されている。
これを、更に説明すると、ポンプ光強度が強い程シグナル光に対する屈折率は増大するので、非線形媒質中でポンプ光が空間的に光強度に分布を持つ場合、非線形媒質中で屈折率分布が生じる。
従って、シグナル光がポンプ光近傍を伝搬する時、シグナル光はポンプ光強度分布に応じた屈折率分布の中を伝搬する。
例えば、図１の様に、ポンプ光とシグナル光を平行に入射する場合、シグナル光に対する屈折率はポンプ光強度が最も強いポンプ光の光軸１０４上が最大となるため、シグナル光はポンプ光の光軸方向に偏向する。
【００１４】
ここで、屈折率勾配による光の偏向について説明する。
ポンプ光は非線形媒質１０３の中を、ｘ軸方向に伝搬するものとする。簡単化のため、ポンプ光による屈折率変化はＹ軸方向にのみ光軸１０４から離れるほど減少し、ｘ軸方向には一様であるとする。
光の進行方向と直交する面内でのポンプ光の強度分布は一般的にはガウシアンであり、ガウシアンの強度分布は、強度の半値付近の広い範囲で線形に近いとみなせるので、この見積もりで偏向角度を概算することが可能である。
【００１５】
またはポンプ光を非線形媒質に入射させる前に透過率分布フィルタなどを通して、ポンプ光の強度が図２に示すように、その光軸から離れるにつれて一定の割合で低下していく三角形状にしておいても良い（図２ではポンプ光の光軸をｘ軸としている。）。
ポンプ光強度分布が三角形状になっている場合、光強度分布の光軸からの変化が線形であるため非線形屈折率の変化の大きさも線形である。
従って、ポンプ光の光軸からの距離に対して、ポンプ光による非線形屈折率の勾配が一定になり、素子設計が容易になること及び偏向角の制御性が良くなることから好適である。
【００１６】
光の偏向角がそれほど大きくない場合を仮定する。図１において、ポンプ光の光軸の入射位置１０５はｙ＝ｙ０、シグナル光の光軸の入射位置１０６はｙ＝ｙ１であるとする。
【００１７】
ｙ＝ｙ０の位置からｙ＝ｙ１まで、ポンプ光強度がほぼ線形にＩからＩ’へ減少し、シグナル光が感じる屈折率も線形に変化するものとする。
屈折率変化が線形である場合、シグナル光の偏向角θは、素子の長さＬを用いて、
2015028574.tif 000015
とあらわされる。
ここで、ｄｎ／ｄｙはｙ軸方向への屈折率勾配であり、
2015028574.tif 000016
である。ここでΔｎは、ｙ＝ｙ０の位置での屈折率とｙ＝ｙ１の位置での屈折率の差である。
ポンプ光中心での光強度をＩ、シグナル光入射位置でのポンプ光強度Ｉ’を用いて、ポンプ光の光軸１０４上でシグナル光１０２がポンプ光１０１から感じる非線形屈折率はｎ２Ｉ、シグナル光入射位置１０６ではｎ２Ｉ’と書ける。したがって、Δｎ＝ｎ２（Ｉ−Ｉ’）である。
したがって、偏向角θは、
2015028574.tif 000017
となる。
【００１８】
また、ポンプ光強度が時間的に変化することで、上記の光強度も変化するため、ポンプ光強度によって生じている屈折率にも変化が生じる。その結果、偏向角度を変化させることも可能である。たとえば上式で、Ｉ、Ｉ’がともに２倍になればつまりポンプ光強度が２倍になれば、偏向角も２倍になる。
また、偏向角は伝搬距離Ｌに比例するため、偏向角を大きくとるためには素子中の伝搬距離を長くとればよい。
そして、非線形媒質に対してポンプ光とシグナル光が近接した位置から同一の入射角度で平行に入射することも好ましい。同一の入射角度にすることで本発明の偏向素子の設計が容易になり好適である。
また、後述するように、ポンプ光が複数配置される場合にも、同様の理由でポンプ光とシグナル光が同一の入射角度で平行に入射することは好適である。
【００１９】
さらに、上述のポンプ光によって生じる屈折率変化が、ポンプ光の偏光成分と同じ方向の屈折率と、直交する方向の屈折率で異なる場合も生じうる。
つまり、ポンプ光によって非線形媒質に複屈折が生じる。その場合、ポンプ光とシグナル光の偏光の向きが異なると、ポンプ光によって生じた複屈折によってシグナル光の偏光状態が変化する。
したがって、ポンプ光とシグナル光の偏光の向きを揃え、偏光方向が同一であるようにして非線形媒質に入射させることが、シグナル光の偏光状態の変化を抑制できるため、好適である。
また、偏光の向きはシグナル光が偏向される向きと直交する方向であることも好適である。これはシグナル光がポンプ光の方に偏向された状態でも、シグナル光とポンプ光の偏光成分がそろった状態を維持できるからである。
【００２０】
ポンプ光強度による屈折率変化はポンプ光の中心で最も大きく、ポンプ光の周囲に向かうほど小さくなる。
したがって、短い素子長でシグナル光の偏向角をなるべく大きくとるためには、シグナル光が非線形媒質内でポンプ光の中心位置を横切る前にシグナル光が非線形媒質から取り出すことが必要である。
これはポンプ光の中心軸上をシグナル光が横切ってしまうと、その後は偏向角が減少に転じるためである。
また、シグナル光、ポンプ光ともに、非線形媒質中を伝搬しながら回折の影響により少しずつビーム径が拡大していくことからも、素子内の伝搬距離をなるべく短く取ることが好ましい。
【００２１】
必要な偏向角を確保しつつ素子長を短くするためには、上述のようにポンプ光の光軸上をシグナル光が横切らない構成をとる必要がある。
ここで、前記第一の光の、前記第一の入射位置における単位面積当たりの強度をＩ、前記第一の光の前記第二の入射位置での強度をＩ’、
前記第一の光によって誘起される前記第二の光に対する非線形屈折率の変化の係数をｎ２、前記光学部材の素子長をＬ、前記第一の入射位置と前記第二の入射位置との間隔をΔｙとし、
ポンプ光とシグナル光を平行に非線形媒質に入射させ、且つ入射位置の距離をΔｙ＝ｙ０−ｙ１とするとき、長さＬの非線形媒質を伝搬後に、ポンプ光とシグナル光が重ならないための条件は次の式５であらわされる。
（式５）
2015028574.tif 000018
ここまで述べたように、電極による電圧印加などをすることなく、本発明ではポンプ光強度に依存したシグナル光の偏向が出来る。
【００２２】
ここでポンプ光としてＣＷ光源を用い、ポンプ光強度を高速な光強度変調器などを用いて短時間で増減することで高速にシグナル光を偏向する事も可能である。ＣＷ光を強度変調器で変調することは、ポンプ光強度の時間変化の様態を任意の時間波形に制御できるため好適である。
例えば、ポンプ光強度が時間的に線形に増加し、線形に減少する制御をすれば（図３）、ポンプ光による屈折率変化も時間的に線形に増大し線形に減少する。
このため、シグナル光の偏向角度を時間とともに線形に増加し線形に減少させる偏向動作
が実現可能であり好適である。
あるいは、ポンプ光強度を時間とともに線形に増加しある時点で０に戻す制御、つまりポンプ光強度を鋸歯状の時間波形に制御すると（図４）、偏向角の増大も一方向のみになる。
このため、シグナル光の偏向角が時間とともに一方向に増大される動作を繰り返すことが可能であり好適である。
さらに、ＣＷ光のポンプ光強度がある時刻でのみ増大するように制御することで、偏向角をある時刻でのみ増大させることも可能である。
つまり、ＣＷ光の時間波形を制御することで、時間的に連続な偏向制御のみならず、複雑な偏向制御も可能である。
【００２３】
また、ポンプ光としてパルス光を用いることも可能である。
パルス光は光強度のピークパワーを大きくすることが容易であり好適である。たとえば各種モードロックレーザやこれを含む短パルス光源などが好適である。
チタンサファイアレーザをチャープパルス増幅した光源などは、ピーク強度が大きくパルス時間も短いため、本発明の高速な光偏向素子に用いる光源として好適である。
あるいは、他のパルス光源を用いることも可能であり、たとえばＱスイッチレーザやこれを含む光源も適用可能である。
【００２４】
パルス光は時間とともに強度が増大し減少するため、たとえばシグナル光としてＣＷ光を用いポンプ光としてパルス光を用いると、ＣＷのシグナル光はポンプ光のパルスが非線形媒質内を通過する際にポンプ光パルスの継続時間内で偏向される。
例えば、ポンプ光として時間幅１ｐｓの短パルス光を用いると、ポンプ光強度が約１ｐｓの間に増減するため、非線形媒質内の屈折率変化もこの時間内に生じ、シグナル光を約１ｐｓで偏向することが可能である。
また、非線形媒質の応答時間を考慮すると、ポンプ光をＣＷとした場合の強度の増減時間や、ポンプ光をパルス光とした場合のパルス時間幅は非線形媒質の応答時間と同等かそれよりも長く設定することが、所望の性能を発現させやすく好適である。
但し、非線形媒質の応答時間よりも短時間の強度変動を有するポンプ光を用いても、非線形屈折率変化の大きさが小さくなるが偏向動作は可能である。
【００２５】
また、ポンプ光の数も、必ずしも１つに限られるものではなく、複数有する構成としてもよい。
例えば、図５に示すように、ｘ軸方向（図中紙面奥方向）に伝搬するシグナル光を図５中のｙ軸方向に偏向させるときに、ポンプ光Ａ５０１及びポンプ光Ｂ５０２の入射位置は共に一直線上に並び、ポンプ光Ａ５０１及びポンプ光Ｂ５０２をシグナル光５０３の両側に伝搬させるように構成してもよい。
図５の構成にすることでシグナル光の偏向方向をｙ軸の正、負の両方向にとることが可能であり、ポンプ光が片側にしか存在しない場合と比較して偏向角を最大で２倍にすることが可能であり好適である。
【００２６】
さらに、図６や図７の様に、ポンプ光Ａ６０１、ポンプ光Ｂ６０２、ポンプ光Ｃ７０１、ポンプ光Ｄ７０２を、シグナル光６０３の位置を交点とする直交する二直線上に並ぶようにして、これらの２軸上に配置し伝搬させるように構成してもよい。
図６の構成にすることで、シグナル光の偏向方向を図中のｙ軸、ｚ軸の２方向にとることが可能であり、２Ｄスキャナを構成する事が可能である。さらに図７の構成にすれば、上記の議論と同様、図６の場合と比較して偏向角を２倍にとることが可能となり好適である。
非線形媒質としては、３次の非線形感受率χ（３）を示すものであれば使用可能である。特に３次の非線形感受率が大きいものが好適である。
χ（３）が大きい物質としては、たとえば二硫化炭素などがある。
他にも、ＧａＡｓなどの半導体やその微粒子、カーボンナノチューブや、あるいはポリジアセチレン系などを含む有機非線形材料などもある。
また、一般に低次元電子系と呼ばれる物質群も大きなχ(３)を持つと考えられている。
また、非線形光学効果は小さいがＳｉＯ２も用いることが可能である。χ(３)は多くの物質が有しているため、使用条件や目的に応じて適宜選択する事が出来る。
また、ポンプ光の進行方向と垂直な面での光強度分布は円形に限るものではない。たとえば図８の様に、ポンプ光のビーム形状を楕円形状にしてもよい。
本発明では、シグナル光をポンプ光の強度分布の裾に入射させることで偏向動作を行うため、素子長と偏向角に応じてポンプ光強度やポンプ光とシグナル光の入射位置の距離を設定する必要がある。
また、ポンプ光の強度をなるべく高く保つためには、ポンプ光がシグナル光を含む方向にだけ、偏向角を考慮した所望の広がり、強度分布を有し、シグナル光を含む方向と直交する方向には光分布をなるべく狭い空間に閉じ込めることも好適である。
【００２７】
このような状態はたとえば図８に示すように、ポンプ光の強度分布８０１を楕円形状にしそのポンプ光強度分布の中にシグナル光の光軸８０２を配置することに相当する。
さらに、ポンプ光の強度分布を、シグナル光を偏向したい方向に長軸を持つ楕円形状にし、且つシグナル光の光軸をその楕円の長軸８０３上に配置する事も好適である。
それは、ポンプ光がｚ軸方向に短軸８０４を有する楕円の光強度分布を有するため、ｚ軸方向の光強度分布が急峻であるためである。
ポンプ光強度分布が楕円状である場合、強度分布が円形である場合と比較して、シグナル光の強度中心がポンプ光の強度分布の長軸上から図８のｚ軸方向に離れると急激にポンプ光強度が低下し、ポンプ光による非線形屈折率が小さくなる。したがって、ポンプ光強度分布が楕円形であることは、強度分布が円形である場合よりもシグナル光がポンプ光強度分布の長軸上から大きく離間しないため、偏向角の制御性が良く好適である。
【００２８】
また、図９に示すように、シグナル光の非線形媒質内での偏向角がそれほど大きくない場合、非線形媒質のシグナル光射出端面９０１はシグナル光１０２が非線形媒質１０３に入射する、シグナル光入射位置１０６を中心とする曲面９０２であることも好適である。曲面としては、シグナル光射出端面９０１の少なくとも一部を円筒面形状あるいは球面形状としてもよい。
これはシグナル光が非線形媒質から射出する際に非線形媒質と外界の界面に対してなるべく垂直入射に近い角度で入射させることで、射出の際の反射ロスを少しでも軽減しシグナル光の光量損失抑制が可能なためである。
【００２９】
また、高速応答が可能だが非線形屈折率が小さい媒質を使う場合などは、偏向角を大きくとるために非線形媒質中の伝搬距離を長くする必要がある。
この場合特にポンプ光がパルス光であってシグナル光がＣＷ光であると、媒質が有する屈折率分散に依存しポンプ光パルスの群屈折率とシグナル光の伝搬速度が異なる可能性がある。
そのような場合でも、シグナル光の偏向は可能であるが、非線形媒質の形状を工夫して構造分散を付与し、ポンプ光パルスが非線形媒質中を伝搬する速度とシグナル光の伝搬速度を近づけることも好適である。
例えば、ポンプ光とシグナル光のうち少なくとも一方あるいは両方が導波する非線形媒質１００５の部位をプレーナ導波路構造とすることで実現可能である。
図１０は非線形媒質形状をポンプ光、シグナル光の入射面側からｘ軸方向に見て描いた図である。
ポンプ光入射位置を１００３、シグナル光入射位置を１００４とする。
図１０のように、ポンプ光伝搬部１００１及びシグナル光伝搬部１００２をそれぞれプレ
ーナ導波路に構成する。
そして、第一の光の伝搬部位と第二の光の伝搬部位で、ｚ軸方向（第一と第二の光が伝搬する方向におけるこれらの光の光軸を結ぶ線と直交する方向）の厚みを波長を勘案して適切に設計する（厚みが異なるように設計する）。
これにより、ポンプ光とシグナル光の伝搬速度を近づけること（略等しい伝搬速度とすること）が可能である。
【００３０】
また、非線形媒質の波長分散により、ポンプ光パルスが有するチャープによってパルスが広がる事も生じうる。
非線形媒質内の伝搬距離が短い場合にはほとんど影響がないものの、伝搬距離が長い場合には、伝搬中のポンプ光パルスが時間的に広がりながら、ピーク強度が低下していく効果として現れる。
したがって、なるべく伝搬距離を短くすることが好ましいが、可能であれば波長分散が小さい非線形媒質を用いることも好適である。
【００３１】
偏向後のシグナル光にポンプ光が混入する事を抑制するために、例えば図１１の様に非線形媒質のポンプ光射出端面１１０１の特にポンプ光の光軸が射出される部位１１０２に反射膜など配置する事も可能である。
そして、シグナル光の射出方向と全く異なる方向にポンプ光を反射することが出来る。もちろん、ポンプ光とシグナル光の波長が異なる場合には、ポンプ光射出後に、ダイクロイックミラーや波長選択フィルタなどでシグナル光だけを分別する事も可能である。
また、ポンプ光が非線形媒質から射出後に反射ミラーでポンプ光を反射してもよい。
また、大強度の光を吸収出来る吸収材を配置しても良い。
【００３２】
３次の非線形感受率χ（３）が大きな物質としてはたとえばＣＳ２（二硫化炭素）が応答速度とχ（３）の大きさを兼ね備えているため本発明には好適である。
また、非線形感受率は小さいが応答速度が速い物質としてはＳｉＯ２などがあげられる。逆に、非線形感受率が大きい物質としてはＧａＡｓがある。さらに、非線形光学材料としてあるいは半導体微粒子を分散したガラス、非線形有機分子など様々なものが研究されており、これらも本発明に適用可能な物質群である。
このように、本発明の光偏向素子により、外部から非線形媒質に電圧印加をする必要がない、高速で且つ大きな角度で偏向可能な偏向器を構成できる。
さらに、本発明の光偏向素子を用いて波長可変光源を構成する事も可能である。
【００３３】
図１２において、波長可変光源は回折格子１２０１、光束幅拡大系１２０２、光束照射位置掃引系１２０３、光偏向素子１２０４、広帯域発光素子１２０８、光束幅縮小系１２０７、レンズ１２０９、ファイバコリメータ１２１０、ファイバ１２１１を含む。ファイバ１２１１を通して外部に光を取り出す。
光束照射位置掃引系１２０３に含まれる、光偏向素子１２０４が本発明の光偏向素子である。
ここで広帯域発光素子１２０８は半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いるがこの限りではない。
ファイバ光増幅器などでも良い。あるいは単純な熱光源やＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）などのブロードなスペクトルを持つものでも良い。
回折格子１２０１は平面上に形成された透過型の回折格子である（図１３）。
透過型の回折格子を用いる場合は、回折格子１２０１に対して入射光１３０１が入射する側と反対側の、回折光が射出する側に、ある特定の角度に回折された光を選択するための光学素子１３０２を配置することで波長選択をおこなうことができる。
光学素子１３０２としてはたとえばある角度の回折光のみを拾うように配置されたスリットなどを用いる事も可能である。
図１４に示すように、その格子の周期は格子ベクトルの向きである第一の方向１２０５には一定であるが、回折格子が配置される面内の、格子ベクトルと垂直な向きである第二の方向１２０６には格子の周期が変化する。
つまり第二の方向１２０６とは、たとえば図１４中の第二の方向に引かれた線として描かれている照射位置１４０１の線などが、その格子の各線との交点が等距離で並ぶような方向の事を指定するものである。
図１４では回折格子１２０１として扇型の回折格子を図示している。このような回折格子は例えばフォトリソグラフィあるいは電子線ビーム描画装置、あるいは集束イオンビーム加工装置などを用いて作製が可能であるしその他の方法でも可能である。
例えば、図１４のように直線が並ぶ格子パターンは作製が容易であり好適である。
【００３４】
また、図１４では放射状の格子パターンを図示したがこれに限るものではない。各線は曲線状であっても良い。
回折格子に対する光束の照射位置の時間変化に対して、選択される光の波長や波数が時間とともに線形に変化するような回折格子のパターンも好適である。
また、図１９のように格子パターンは階段状であっても良い。ここで階段状というのは、格子周期の方向と垂直な方向に所定の距離の間だけ格子周期が変化していない部分がある様態を表すものとする。
階段状の場合、そのｉ番目の段の格子周期をΛｉ、格子の波数をＫｉ＝２π／Λｉと書く時、次式の条件を満たすことも好適である。
2015028574.tif 000019
【００３５】
ここでΔλは、回折格子に対する入射角α及び回折角βを固定した状況で光を入射する段をｉ番目からｉ＋１番目に変化させたときの、選択波長の変化量である。
そして、ｉ番目の段の格子周期Λｉとｉ＋１番目の段の格子周期Λｉ＋１が上記の関係式を満たすように設定することで、前記選択波長の変化量を一定にすることが可能である。つまり、光を照射する段を逐次させていくと、回折格子による選択波長が等波長間隔で変化していくように構成可能である。
このような構成は例えば分光計測など、等波長間隔の計測データを取得する場合などに好適である。
また、選択波長が等波数間隔で変化していくように構成することも可能である。そのためには、ｉ番目の段の格子波数をＫｉ、ｉ＋１番目の段の格子波数をＫｉ＋１、と記述するとき、次式を満たしていればよい。
2015028574.tif 000020
【００３６】
例えば、ＯＣＴ（光断層撮像装置）では、取得した干渉スペクトルを等波数間隔のデータ列としてフーリエ変換する必要があるため、このような等波数間隔のデータ取得を可能とする回折格子形状もまた好適である。
【００３７】
図１２において外部の広帯域光源から入射する光１２０８は光束照射位置掃引系１２０３により射出位置が平行に移動し、光束幅拡大系１２０２に入射する。光束照射位置掃引系１２０３は本発明の光偏向素子１２０４を含んでおり、シグナル光として上述の広帯域
光源の光を入射させ偏向する。
光束幅拡大系１２０２はたとえば図１２に示すように対向するシリンドリカルレンズ対などで構成できる。光束幅拡大系では、光束照射位置掃引系１２０３から入射する光束を、回折格子１２０１によって波長選択する際に所望の波長分解能が得られるように、回折格子１２０１の第一の方向１２０５（格子ベクトル方向）に拡大する。
【００３８】
この時、回折格子１２０１に入射する光がガウシアンの強度プロファイルを有するとした場合の光束径の半値半幅ｗ１／２は、所望の波長分解能ｄλ１／２に対して次式を満たす必要がある。
2015028574.tif 000021
【００３９】
ここでλは光の波長、Λは回折格子の格子周期、αは回折格子に対する光の入射角度、ｍは回折次数である。また波長分解能ｄλ１／２はガウシアンスペクトルの１／２強度の幅で定義する。
例えば、ＯＣＴ用の光源として本発明の波長可変光源を用いる場合、光源の線幅はコヒーレンス長に反映されるため、ＯＣＴ装置として撮像可能な深さ範囲を決める事になる。
したがって、ＯＣＴ装置として撮像深さ範囲Δｚを確保するために、回折格子に入射する光束径の半値半幅ｗ１／２は、上述より次式の条件を満たす必要がある。
2015028574.tif 000022
【００４０】
回折格子１２０１に対する入射角に幅がある場合、特定の角度方向に回折される光の波長に幅が生じるため、好ましくない。
したがって、回折格子１２０１に照射される光束は回折格子１２０１の面上において格子ベクトルの方向に関して平行光束となっていることが理想的である。たとえば、前記光束幅拡大系にて格子ベクトル方向へ小さなＮＡをもって集光させ、そのビームウェストが回折格子面上に形成される状況が好適である。
【００４１】
また、回折格子１２０１に照射する光束は、第二の方向１２０６への幅（以下「厚み」とする）を持っている。
仮に、照射光束が前記第二の方向に関しても平行光束として、つまり厚みが一定のまま回折格子に照射されるものとする。
この場合、光束が持つ厚みの範囲内に回折格子１２０１の格子周期が異なる部位を含むため、特定の角度方向への回折波長に波長幅が生じる。
ここで後述の式を満たすように光束の厚みの範囲内の格子周期の変化量ｄΛを小さくすることで、光束の厚みの範囲内での格子周期の変化による回折波長の幅を回折格子の波長分解能以下に抑えることが可能である。
つまり、厚い光束を回折格子に照射する場合には回折格子の格子周期の変化を緩くする必要があり、逆に薄い光束を照射する状況では格子周期の変化に対する許容度が大きくなる。
回折格子へ照射する光の回折格子面上での回折格子の周期方向と垂直な方向への厚さをｗ’とし、その厚さ内での回折格子の周期Λの変化量をｄΛと書く。ｄΛは前記ｗ’の範囲内で以下の式を満たしていることが好適である。
2015028574.tif 000023
【００４２】
ここで、αは回折格子への光の入射角度、ｍは回折次数、ｗ１／２は前述のように回折格子に入射する光がガウシアンの強度プロファイルを持つと仮定したときの半値半幅である。
一方ｗ’は入射する光が回折格子の周期方向と垂直な方向にガウシアンの強度プロファイルを持つと仮定したときの１／２強度の全幅を表す。
回折格子に照射する光は回折格子面上で、回折格子の周期方向と垂直方向に有限の厚みを持っている。このため、この厚みの範囲内で、回折格子の格子周期は微妙に変化し、回折格子からある角度に回折される光の波長も、この格子周期の微小な変化に対応し僅かに変化する。
【００４３】
つまり、上記光の厚みの範囲内での回折格子の格子周期の変動分ｄΛはなるべく小さいことも好適である。
また、回折格子に対して光を正面から入射し、回折光を取りだす構成をとすることも好適である。この構成をとることで、回折格子の表面全面で光束をジャストフォーカス出来る点で好適である。
【００４４】
次に選択波長の掃引動作について述べる。
回折格子１２０１の格子周期は図１４に示すように位置依存性があり、同じ入射角度の場合であっても、照射位置に応じて特定の回折角度に回折される光の波長が異なる。
したがって、時間とともに逐次照射位置を変化させることで選択波長の掃引が可能となる。
このように、照射光束を広く拡大する方向（第一の方向）と選択波長の掃引のために光束の照射位置を変化させる方向（第二の方向）が異なる事は高速且つ狭線幅な波長掃引が可能な光学系を構成する上で好適である。
【００４５】
それは、逆に従来例の回折格子系（図１７）の様に、回折格子１７０１に対して入射光束１７０２の角度をミラー１７０３を振って格子ベクトル１７０４の方向に照射位置を変化させる場合、所望の波長分解能を満たすために大きな径の光束を振る為、ミラーの径を大きくする必要がある事から明らかである。
本発明の偏向素子を用いた光源では光束の照射位置を変化させる方向と光束幅を拡大する方向が異なるため、光束幅を拡大する前の細い光束の状態であらかじめ光を振っておき、その後で前記照射位置掃引方向と異なる方向に光束径を拡大する光学系を構築可能な点で好適である。
本発明の偏向素子により、高速で且つ狭線幅な波長可変光源を構成出来る。
さらに上記の波長可変光源を有するＯＣＴ装置などの撮像装置を構成することも可能である。
【実施例】
【００４６】
以下に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に説明する実施例の構
成によって何ら限定されるものではない。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した光偏向素子の構成例について、図１８を用いて説明する。
図１８において、非線形媒質１８０１は二硫化炭素（ＣＳ２）を光学ガラスのセルに入れたものである。
ポンプ光１８０２は増幅したチタンサファイアレーザの光源であり、ピークパワー２．５ＧＷ、パルス時間幅２ｐｓ、パルスレート５０ＭＨｚである。
ビーム強度が光軸中心の半分になる径は図中ｙ軸方向にビーム直径２ｍｍ、図中ｚ軸方向にビーム直径１００ｕｍにしてある。非線形媒質１８０１の第一の面１８０４に対し、ポンプ光１８０２を入射位置１８０３から垂直に入射する。
ここに外部からシグナル光１８０５としてＨｅＮｅレーザのＣＷ光を入射位置１８０６から第一の面１８０４に対して垂直に入射する。
シグナル光１８０５、ポンプ光１８０２ともに偏光は図中ｚ軸方向である。
【００４７】
入射位置１８０３、入射位置１８０６は第一の面１８０４上においてｙ軸方向に配置されており、両者の間隔は１ｍｍである。
つまり、シグナル光１８０５の入射位置１８０６においてポンプ光１８０２の光強度は入射位置１８０３における値の半分になっている。
また、非線形媒質１８０１の第二の面１８０９は、シグナル光射出面１８１０とポンプ光１８０２に対する射出面１８１１を有している。
シグナル光射出面１８１０は、シグナル光入射位置１８０６を通りｚ軸方向に伸びる直線を中心軸とする半径２ｍｍの円筒面状になっている。
シグナル光射出面１８１０の端部１８１３から端部１８１４で作る扇型の円筒面で作る中心角は５度である。
また、前記円筒面はポンプ光１８０２が入射していない場合のシグナル光の光軸１８１５からみて図中のｙ軸の負の方向に０度から５度の間に広がっている。
【００４８】
また、ポンプ光１８０２は第二の面１８０９から射出した後、反射ミラー１８０７で図中ｙ軸の負の方向に直角に反射される。反射ミラー１８０７はＡｕミラーである。
本実施例ではポンプ光１８０２の照射時のみ、シグナル光は最大で４．７度ｙ軸負の方向に偏向される。
パルスレートが５０ＭＨｚであるので、光偏向の周波数は５０ＭＨｚであり、なおかつ一回の光偏向は２ｐｓで完了する。
このように、本実施例の光偏向素子により高速に大角度に光の偏向が可能となる。
【００４９】
［実施例２］
実施例２として、本発明の光偏向素子を用いた波長可変光源の構成例について図２０を用いて説明する。
図２０において回折格子２００１は、光が照射される面の面内に周期的な格子パターンを有している。具体的には、図１４のように格子周期が格子の周期方向と垂直方向に変化する格子である。
回折格子２００１の格子周期は５８０ｎｍ（１７２０本／ｍｍ）から５３０ｎｍ（１８９０本／ｍｍ）まで変化する。
本実施例では回折格子２００１に対する光の入射角及び透過側の回折角を４９．１１度に設定する。
これは波長８４０ｎｍにおいて回折格子に入射した光の１次回折光が入射角と透過回折角を同じくする条件である。
このように、入射角と回折角を近い値にしておくことにより入射側あるいは透過側の一方の光学系の配置が困難になることを抑制できる。
【００５０】
８４０ｎｍ帯に発光、増幅帯域を有する半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）を発光源２００７として用いる。
発光源２００７は駆動電源２０１１にて駆動、制御される。
発光源２００７からの光は光束照射位置可変素子２００６によってその角度を掃引される。
光束照射位置可変素子２００６は実施例１で示された光偏向素子を用いたものである。偏向角は４．７度、偏向に要する時間は２ｐｓである。
【００５１】
回折格子上２００１上の、１７２０本／ｍｍの位置２００４から１８９０本／ｍｍの位置２００３までの長さは２０ｍｍである。
光束照射位置可変素子２００６を経て、回折格子２００１に照射される光を、シリンドリカルレンズ対２００５等の光学素子により、格子パターンを横切るｘ軸方向にコリメートするように構成される。
そして、光束照射位置可変素子により、レンズ２００２、シリンドリカルレンズ対２００５を透過後の光束の回折格子上の照射位置を、格子定数が１７２０本／ｍｍの位置２００３から１８９０本／ｍｍの位置２００４へ時間的に連続に変化させる。
光束照射位置可変素子２００６を経た光はシリンドリカルレンズ対２００５を用いて光束の半値全幅を４ｍｍに拡大され回折格子２００１に照射される。これは所定の波長分解能として０．０４ｎｍを目指すため、設計では波長分解能０．０３４ｎｍに相当する照射光束幅を与えているものである。
また、回折格子２００１に照射された光束は回折され、ビーム幅縮小のためのシリンドリカルレンズ対２００８、レンズ２００９、コリメータ２０１０を経由してファイバ２０１１に結合され、外部に光を取り出し利用する事が可能である。上記の構成をとることで、本発明の光偏向素子を用いて高速且つ狭線幅な波長掃引光源を構成することが可能となる。
【００５２】
［実施例３］
実施例３として、本発明の光偏向素子を含む波長可変光源を用いたＯＣＴ（光断層撮像装置）の構成例について、図１５を用いて説明する。
本実施例のＯＣＴ（光断層撮像装置）は、光源からの測定光を照射した被検査物からの戻り光と、該光源による該測定光に対応する参照光とを合波した光に基づいて記被検査物の断層画像を取得するように構成されている。
具体的には、図１５に示すように、光源部を構成する波長可変光源１５０１と、参照部を構成する参照光光路用ファイバ１５０２、干渉部を構成するファイバカップラ１５０３、反射ミラー１５０４を配置する。
波長可変光源１５０１は実施例２にあるように、本発明の光偏向素子を用いて構成されている。
反射ミラー１５０４に対しては光束はコリメータ１５２１によって平行光束として照射される。
同様に、コリメータ１５２０も光を平行光束にする。
さらに、検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ１５０５、照射集光光学系１５０６、照射位置走査用ミラー１５０７を接続する。これに加え光検出部を構成する受光用ファイバ１５０８、フォトディテクタ１５０９、照射用ファイバ１５１０、アイソレータ１５１５、画像処理部を構成する信号処理装置１５１１、画像出力モニタ１５１３を接続する。
そして、光源制御装置１５１２を接続した構成により光断層撮像装置を構成できる。１５１４は検査対象物である。
【００５３】
また、本装置の波長可変光源１５０１には、ＯＣＴ像演算のためのｋ−ｃｌｏｃｋ信号
生成系を付帯することも好適である。
ｋ−ｃｌｏｃｋ信号生成系は例えば光源の光を分岐してマイケルソン干渉計などに導入し、干渉計から得られる干渉信号の強度変化を時間的にモニターする光学系である。
このような構成により、光周波数間隔あるいは光の波数間隔が等しいタイミングで干渉信号の極大値、あるいは０あるいは極小値などが得られる。
なお、干渉光学系を構成するファイバは本実施例ではシングルモードファイバで構成し、各種ファイバカップラは３ｄＢカップラで構成するが本発明の構成はこの構成に限るものではない。
例えば、ファイバカップラの分岐比は測定条件に合わせて適宜調整することも好適である。
【００５４】
波長可変光源は光源制御装置によりその発振波長や強度及びその時間変化を制御する。波長可変光源から出射された光はファイバカップラにおいて参照光光路用ファイバ及び検査光光路用ファイバに分割されて導入される。
さらに、参照光光路用ファイバの先端には反射ミラーが配置され、反射ミラーで光は反射され受光用ファイバに導入されフォトディテクタに到達する。
同時に、ファイバカップラにて検査光光路用ファイバに導入された光は検査物体に照射され、後方散乱光が被験物体の内部及び表面から発生する。後方散乱光は照射集光光学系を通してファイバカップラからフォトディテクタに集光される。フォトディテクタで受光された光は信号処理装置にてスペクトル信号に変換され、さらにフーリエ変換を施すことで被験物体の奥行き情報を取得する。取得された奥行き情報は画像出力モニタに表示される。
同時に、信号処理装置からは照射位置走査用ミラーの駆動信号を発振し、かつ波長可変光源制御信号も送出する。
【００５５】
本発明の光偏向素子を用いた光源を含む光干渉断層撮像装置により、発光スペクトルが狭線幅な光を被験物体に照射することが可能であり、光源のコヒーレンス長を長く取ることが可能であることから、深い部位のＯＣＴ画像を取得することが可能となる。
図１５では最も簡易な構成を示したが、例えば図１６に示すような、干渉信号を差動検出するための光学系を構成しても良い。
図１６においては、光源部を構成する波長可変光源１６０１と、アイソレータ１６０２、参照部を構成する参照光光路用ファイバ１６０６、偏波コントローラ１６１８、干渉部を構成するファイバカップラ１６０５、反射ミラー１６０７を配置する。
さらに、検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ１６１４、偏波コントローラ１６１９、照射集光光学系１６１５、照射位置走査用ミラー１６０８を接続する。
【００５６】
これに加え光検出部を構成するファイバカップラ１６０３、ファイバカップラ１６０４、受光用ファイバ１６１６、受光用ファイバ１６１７、差動光検出器１６１０、画像処理部を構成する信号処理装置１６１１、画像出力モニタ１６１３を接続する。
そして、光源部を構成する光源制御装置１６１２を接続した構成により光断層撮像装置を構成できる。１６０９は検査対象物である。
また図示しないが、光源からの出射光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉信号の振幅補正に用いるなどの構成もまた好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１０１：ポンプ光
１０２：シグナル光
１０３：非線形媒質
１０４：光軸
１０５：ポンプ光の光軸の入射位置
１０６：シグナル光の光軸の入射位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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