(57)【要約】【課題】  部品点数が少なく、低コスト化を図ることが可能となる面発光レーザを提供する。【解決手段】  第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に配置された活性層と、を備え、発振波長が変化する面発光レーザであって、前記活性層に対して前記第２の反射鏡の反対側に配置された第３の反射鏡と、前記第３の反射鏡を前記透過する光を受光する受光素子と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に配置された活性層と、を備え、
発振波長が変化する面発光レーザであって、
前記活性層に対して前記第２の反射鏡の反対側に配置された第３の反射鏡と、
前記第３の反射鏡を前記透過する光を受光する受光素子と、を有することを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
光干渉断層像取得装置に用いられる光源を構成していることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記第２の反射鏡と前記第３の反射鏡との間の光学距離によって決まるフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）が、
前記光干渉断層像取得装置における所定の奥行き撮像範囲をｘ（ｍ）、光速をｃ（ｍ／ｓ）としたとき、ｃ／４ｘで表わされる周波数間隔より狭いことを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記第２の反射鏡と前記第３の反射鏡との間の光学距離によって決まるフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）が、
前記光干渉断層像取得装置における所定の奥行き分解能をｙ、光速をｃとしたとき、ｃ／２ｙで表わされる周波数範囲を、前記光干渉断層像取得装置にてフーリエ変換するデータ数Ｎで除した周波数間隔ｃ／２Ｎｙよりも広いことを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記第１の反射鏡の反射率をＲ１、前記第３の反射鏡の反射率をＲ２としたとき、Ｒ１＞Ｒ２の関係を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記第３の反射鏡が、前記面発光レーザから出力されるレーザ光に対し透明な基板で構成され、
前記基板の一方の面に該レーザ光に対する反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項７】
前記反射防止膜が形成されている面は、前記基板の前記第２の反射鏡側の面であることを特徴とする請求項６に記載の面発光レーザ。
【請求項８】
前記第３の反射鏡が、前記受光素子の表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項９】
前記第３の反射鏡の反射率が１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項１０】
前記第２の反射鏡と前記第３の反射鏡との間の光学距離が、２０ｍｍ以上２４．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項１１】
前記第２の反射鏡と前記第３の反射鏡との間に、前記第２の反射鏡を支持する基板を有し、
前記基板は、前記活性層に対応した部分がくり抜かれていることを特徴とする請求項１乃至１０に記載の面発光レーザ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の面発光レーザにより構成された光源と、
前記光源からの光を被検体に照射し、被検体からの反射光を伝達させる被検体用光路と、
前記光源からの光を伝達させる参照光用光路と、
前記被検体用光路からの反射光と前記参照光用光路からの光とを干渉させる干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出し、干渉信号を発生する光検出部と、
前記光源から出力されるトリガ信号に同期して取得される前記干渉信号を基に、前記被検体の断層像を得る演算処理部と、
を有することを特徴とする光干渉断層像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザ、面発光レーザを波長掃引光源として備える光干渉断層像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光干渉断層像取得装置（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ装置）は、低コヒーレンス干渉の技術を用いた光による非侵襲で被検体の断層像を取得できる装置である。様々な分野でこの装置が利用されているが、特に非侵襲での被検体の断層像を観察できるため、患者への負担が小さくできるため医療分野にて非常に有用である。
【０００３】
特に眼科領域においては外部からの観察が主な診断方法であるため、急速に普及が進んでいる。
【０００４】
このＯＣＴには、大きく分けてＴＩｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  ＯＣＴ、Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｄｏｍａｉｎ  ＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）と呼ばれる二つの方式がある。さらにＦＤ−ＯＣＴの中でも、Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｄｏｍａｉｎ  ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）、Ｓｗｅｐｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）の２つの方式が知られている。
【０００５】
ＳＳ−ＯＣＴ装置では時間的に波長を広帯域に変化させる光源を用い、プローブ光と参照光とで干渉させた光の強度を各々の波長で取得する。この波長に対する干渉フリンジからフーリエ変換を行い、光軸上にある奥行き方向からの反射面の位置を算出し断層画像へ構成している。
【０００６】
そこで、ＳＳ−ＯＣＴ装置では各時間での干渉信号強度と波長（光周波数）の関係を把握するために、波長可変光源から出力される光の光周波数をモニタする手段が必要となる。これはＦＤ−ＯＣＴ装置では、光周波数に対する光の干渉信号をフーリエ変換して奥行き方向の断層像を形成するためであり、得られた干渉信号がどのような光周波数に対応しているかの情報がないと、断層像に変換できなくなるからである。
【０００７】
特に、干渉信号を均一周波数間隔でサンプリングすることが、離散フーリエ変換時に要求される。この均一周波数間隔でサンプリングするためのトリガ信号を作成するために、ＳＳ−ＯＣＴ装置では非特許文献１に記載されているようなｋ−ｃｌｏｃｋと呼ばれる、光周波数モニタを利用する。
【０００８】
また、これらの文献では波長可変光源として反射鏡を駆動することにより共振器長を変化させ発振波長を変化させる面発光レーザを用いている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｉ．Ｇｒｕｌｋｏｗｓｋｉ，Ｊ．Ｊ．Ｌｉｕ，Ｂ．Ｐｏｔｓａｉｄ，Ｖ  Ｊａｙａｒａｍａｎ，Ｃ．Ｄ．Ｌｕ，Ｊ．Ｊｉａｎｇ，Ａ．Ｅ．Ｃａｂｌｅ，Ｊ．Ｓ．Ｄｕｋｅｒ，ａｎｄ  Ｊ．Ｇ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，“Ｒｅｔｉｎａｌ，ａｎｔｅｒｉｏｒ  ｓｅｇｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｆｕ１１  ｅｙｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｕｌｔｒａｈｉｇｈ  ｓｐｅｅｄ  ｓｗｅｐｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ＯＣＴ  ｗｉｔｈ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ．”Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．３，２０１２，ｐｐ．１２１３−１２２９．
【非特許文献２】Ｒ．Ｍａｇｎｕｓｓｏｎ，Ｓ．Ｓ．Ｗａｎｇ，ａｎｄ  Ｓ．Ｓ．Ｗａｎｇ，“Ｎｅｗ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｆｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｔｅｒｓ，”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ．，ｖｏｌ．６１，１９９２，ｐ．１０２２．
【非特許文献３】Ｙ．Ｚｈｏｕ，Ｍ．Ｃ．Ｈｕａｎｇ，ａｎｄ  Ｃ．Ｊ．Ｃｈａｎｇ−ｈａｓｎａｉｎ，“Ｔｕｎａｂｌｅ  ＶＣＳＥＬ  ｗｉｔｈ  ｕｌｔｒａ−ｔｈｉｎ  ｈｉｇｈ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｔｕｎｉｎｇ．”Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１６，２００８，ｐ．１４２２１．
【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、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、つぎのように部品点数が多く高コストとなるという課題を有している。
【００１１】
ＳＳ−ＯＣＴ装置では、いずれも均一光周波数間隔で干渉信号をサンプリングするために、ｋ−ｃｌｏｃｋと呼ばれる干渉計を用いた光周波数モニタにより信号を取得するトリガを生成している。
【００１２】
このｋ−ｃｌｏｃｋは、非特許文献１に図示されている様に光源からの光を分岐し、光ファイバやレンズ、合波器を用いて干渉した光の強度信号を受光素子にて電気信号に変換している。
【００１３】
このようにｋ−ｃｌｏｃｋには多数の部品と、それを精度よく組み立てる工程が必要となり、ＳＳ−ＯＣＴ装置の高コスト化の要因の一つとなっている。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑み、部品点数が少なく、低コスト化を図ることが可能となる面発光レーザ、光干渉断層像取得装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の面発光レーザは、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に配置された活性層と、を備え、発振波長が変化する面発光レーザであって、前記活性層に対して前記第２の反射鏡の反対側に配置された第３の反射鏡と、前記第３の反射鏡を前記透過する光を受光する受光素子と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、部品点数が少なく、低コスト化を図ることが可能となる面発光レーザ、光干渉断層像取得装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における波長可変型面発光レーザの構成例を説明する断面図。
【図２】本発明の実施の形態におけるファブリペローエタロンの特性を説明する図。
【図３】本発明の実施例１における波長可変型面発光レーザの構成例を説明する断面図。
【図４】本発明の実施例１における上部反射鏡と外部反射鏡の反射率比により変化する閾値利得係数を表わす図。
【図５】本発明の実施例１におけるＳＳ−ＯＣＴ装置の構成例を説明する図。
【図６】本発明の実施例２における波長可変型面発光レーザの構成例を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態における波長可変型面発光レーザの構成例を、図１を用いて説明する。
【００１９】
本実施形態の波長可変型面発光レーザは、第１の反射鏡と第２の反射鏡とによる１対の反射鏡を対向配置して構成された共振器を備え、前記第１の反射鏡を前記第２の反射鏡との対向方向に動かして共振器長を変化させることにより発振波長を変える構成を備える。
【００２０】
具体的には、図１に示すように、基板の法線方向（紙面上下）に可動な上部反射鏡（第１の反射鏡）１０１と空気の間隙（エアギャップ）１０６を介して対向した位置に、基板１０７上に形成された光を放出する活性層１０５及び下部反射鏡（第２の反射鏡）１０２が配置されている。基板１０７は、下部反射鏡を支持し、活性層１０５に対応する部分がくり抜かれている。
【００２１】
活性層１０５は上部反射鏡１０１と下部反射鏡１０２とで形成される共振器内に位置しており、活性層１０５で発生した光を増幅してレーザ発振できる構成となっている。なお、活性層１０５の上には、電流注入励起の場合では、キャリアの通り道となるスペーサ層１０８が形成されており、スペーサ層１０８内には電流狭窄構造１０９が設けられている。活性層１０５を挟んで一対の電極（不図示）からキャリアが注入され、活性層内で再結合することにより活性層１０５が発光する。
【００２２】
また、上部反射鏡１０１を駆動することによって、上部反射鏡１０１と下部反射鏡１０２で構成される共振器の長さを変化させ、発振するレーザの波長を変えることが可能となる。
【００２３】
本発明では、下部反射鏡１０２と対をなす反射鏡を更にもう一つ形成している。
【００２４】
すなわち、本実施形態の波長可変型面発光レーザでは、下部反射鏡１０２を挟み、活性層１０５と反対側に外部反射鏡（第３の反射鏡）１０３か配置される。そして、第３の反射鏡を透過する光を受光素子１０４によって受光する。
【００２５】
この波長可変型面発光レーザの下部反射鏡１０２と外部反射鏡１０３によってファブリペローエタロンが形成される。
【００２６】
ファブリペローエタロンの特性として、図２の様にミラー間隔によって決定されるフリースペクトラルレンジ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）と呼ばれる、決まった光周波数の周期によって透過率が変動する。
【００２７】
このＦＳＲは、光速ｃとファブリペローエタロンを構成する反射鏡間の光路長Ｌによって、ｃ／２Ｌと表わせる。光路長Ｌは、ファブリペローエタロン内の媒質の屈折率ｎ、反射鏡間隔ｄとするとＬ＝ｎｄとなる。なお、ファブリペローエタロン内に複数の媒質がある場合は、ファブリペローエタロンを構成する反射鏡間の光路長Ｌは、それら媒質の屈折率と厚みとの積の総和で表される。
【００２８】
そのため、波長可変型面発光レーザの上部反射鏡１０１が、活性層１０５及び下部反射鏡１０２に対して法線方向に動き共振器長が変化することによって変わる発振波長によって、下部反射鏡１０２と外部反射鏡１０３とで構成されるファブリペローエタロン側（第３の反射鏡１０３の第２の反射鏡とは反対側）から出力される光の強度が変調する。その変調は、上記ＦＳＲの間隔に同調しておこる。
【００２９】
このように、光強度の変調は光周波数軸で等間隔であるＦＳＲの間隔に同調して起こるため、均一周波数間隔でサンプリングするためのｋ−ｃｌｏｃｋ信号として利用することが可能となる。
【００３０】
例えば、ファブリペローエタロン側から出力される光の強度ピークを検出しても良い。また、光強度の谷を検出しても良い。
【００３１】
また、本実施形態の波長可変型面発光レーザが光干渉断層像取得装置の光源として用いられる場合、
下部反射鏡１０２と外部反射鏡１０３との間の光学距離によって決まる上記フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）が、上記光干渉断層像取得装置における所定の奥行き撮像範囲をｘ（ｍ）、光速をｃ（ｍ／ｓ）としたとき、ｃ／４ｘで表わされる光周波数間隔より狭いことが望ましい。
【００３２】
また、上記フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）が、上記光干渉断層像取得装置における所定の奥行き分解能をｙ、光速をｃとしたとき、ｃ／２ｙで表わされる光周波数範囲を、上記光干渉断層像取得装置にてフーリエ変換するデータ数Ｎで除した光周波数間隔ｃ／２Ｎｙよりも広いことが望ましい。
【００３３】
ここで用いる外部反射鏡１０３として、周囲の媒質と屈折率の異なる透明材料の基板の界面を用いても良い。周囲の媒質と基板の屈折率差が小さいと反射率は小さくなる。
【００３４】
また、金属膜やＤＢＲなど通常の反射鏡として使用されるものでも良い。
【００３５】
この外部反射鏡１０３は、反射率が低いと外部反射鏡からの反射光強度が弱く、活性層へ戻る光量が小さくなるため面発光レーザへの戻り光により発生するノイズが小さくなり、レーザ光自身の相対強度雑音の増大を抑制することができる。そのため、ＳＳ−ＯＣＴ装置全体においてもノイズ増大を抑制することができる。
【００３６】
この外部反射鏡１０３の反射率は１０％以下とするのが望ましい。
【００３７】
また、外部反射鏡の反射率が大きい場合、ファブリペローエタロン側からの光出力の波長特性がシャープになり、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号を抽出する精度を高くすることができる。
【００３８】
波長可変型面発光レーザの活性層へのキャリア注入方法としては、光によって活性層を励起する光励起方法や、電極を半導体上に形成し電気的に励起する電流注入による励起方法がある。
【００３９】
本発明では、どちらの励起方法を用いても良く、上下反射鏡によって形成された共振器にてレーザ発振できるまでキャリアを注入できるならば良い。
【００４０】
上記可動できる上部反射鏡は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる微小構造物からなる電気・磁気的に駆動可能な駆動機構に支持されていても良い。
【００４１】
また、ピエゾなどの圧電材料に反射鏡を固定して微小量の駆動が行える構成としても良い。
【００４２】
また、上記空気の間隙の替わりに何らかの手段にて屈折率を変化させることのできる部材を充填させ、実効的な上部反射鏡と下部反射鏡とで挟まれた共振器の実効的な光路長を変化させることで波長可変型面発光レーザを構成しても良い。
【００４３】
このように実効的共振器長を変化させる手段を有する波長可変型面発光レーザであれば良い。
【００４４】
また、ここで用いる上部反射鏡として一般的によく知られる屈折率の異なる材料を交互に積層した多層膜で形成されるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を用いる事ができる。
【００４５】
また、非特許文献２で開示されている面内方向に周期的な屈折率分布を形成することで高い反射率を実現する構造物を反射鏡として用いても良い。
【００４６】
近年では、非特許文献２で開示されている反射鏡を用いた面発光レーザについて研究されてきている（非特許文献３参照）。
【００４７】
基板上に形成した活性層には、ＯＣＴ装置に有用な波長帯で発光する材料を用いれば良い。
【００４８】
例えば、眼科で用いられるＯＣＴ装置では眼球の硝子体などに多くの水分が含まれているため、水による光の吸収が少ない波長帯を用いる。
【００４９】
具体的には、７８０〜９２０ｎｍの波長帯、及び、９８０〜１１２０ｎｍの波長帯が良く用いられる。また内視鏡に用いるＯＣＴ装置では、生体組織での散乱が少なく深くまで侵入可能な１３００ｎｍの波長帯が多く用いられている。
【００５０】
工業用途でのＯＣＴ装置では、半導体チップや塗装の検査等に用いられ、対象物に適した波長帯が用いられる。そのため、活性層材料の具体例として、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓなどが挙げられる。
【００５１】
基板上に形成した下部反射鏡には、上部反射鏡と同様にＤＢＲを用いることができる。半導体基板上に組成の異なる材料を交互に結晶成長させることによって形成できるため、この反射鏡を用いて面発光レーザを作製する例が多い。作製方法によっては、発光部の基板を取り除いた箇所に、真空蒸着法等によって成膜することも可能である。
【００５２】
また、上述した非特許文献２で開示されている反射鏡を形成して、下部反射鏡として利用することも可能である。
【００５３】
レーザ発振したレーザ光は通常上部反射鏡側から出力することが多い。
【００５４】
そのために下部反射鏡を可能な限り反射率を高くし、一方の反射鏡側からのみ光を出力させる事を目指して設計される。
【００５５】
しかしながら、本発明では下部反射鏡側からｋ−ｃｌｏｃｋに用いるレーザ光を取り出す必要があるため、この下部反射鏡の反射率を限りなく１００％に近い反射率とすると、光出力が極端に小さくなるため好ましくない。
【００５６】
下部反射鏡側から出力されるレーザ光が、受光素子にてノイズに埋もれることなく受光できるレベルとなる程度まで反射率を低くすることが望ましい。
【００５７】
波長可変型面発光レーザのレーザ光を下部反射鏡側から取り出すために、下部反射鏡の支持基板がレーザ光に対して不透明である場合は、光の取り出し窓として基板を取り除く必要がある。
【００５８】
ここで、ＳＳ−ＯＣＴ装置について説明する。
【００５９】
ＳＳ−ＯＣＴ装置では、広帯域な波長（光周波数）帯の干渉信号をフーリエ変換することで断層像を形成することについては、上述した。
【００６０】
そのため、ＳＳ−ＯＣＴ装置で撮像したい対象物の奥行き分解能、及び、奥行き撮像レンジも、フーリエ変換からの制約を受ける。
【００６１】
干渉信号のサンプリング光周波数間隔によって奥行き撮像レンジが、フーリエ変換を行う光周波数帯域によって奥行き分可能が制約を受けることになる。
【００６２】
そのため、上記ファブリペローエタロンによって形成されたｋ−ｃｌｏｃｋ信号の光周波数間隔も、ＳＳ−ＯＣＴ装置として要求される奥行き撮像レンジに応じて、適した光周波数間隔とする必要がある。
【００６３】
このＯＣＴ装置に適した光周波数間隔とするために、上記外部反射鏡１０３と下部反射鏡１０２の間の光学距離を設定する必要がある。
【００６４】
この奥行き撮像レンジをＸ（ｍ）、光速をｃ（ｍ／ｓ）とすると、その光周波数間隔はｃ／４Ｘ（Ｈｚ）となる。
【００６５】
例えば、光路長で１０ｍｍの奥行き撮像レンジが必要であれば、７．５ＧＨｚの光周波数間隔が必要となる。この奥行き撮像レンジから必要となる光周波数間隔は、上述したファブリペローエタロンのＦＳＲを導出する式を２で除したものであり、システムとして必要な奥行き撮像レンジの２倍の光路長でファブリペローエタロンの反射鏡間の光路長を決定すれば良いことになる。
【００６６】
また、ＳＳ−ＯＣＴ装置として要求される奥行き分解能は、断層像形成に用いる光周波数範囲をν、光速をｃとすると、ｃ／２νとなる。例えば波長８００〜９００ｎｍの波長範囲で断層像を形成すると、ν８００ｎｍ＝ｃ／８００ｎｍ≒３７４．７ＴＨｚ、ν９００ｎｍ≒３３３．１ＴＨｚ、で周波数範囲が４１．６ＴＨｚとなり、奥行き分解能はおおよそ３．６μｍとなる。
【００６７】
本実施形態の波長可変型面発光レーザでは、光路長を所望の値にしたｋ−ｃｌｏｃｋを形成することが容易である。
【００６８】
反射鏡１０３を決まった厚さのスペーサを介して、基板１０７に接合するだけで光路長が設定できる。
【００６９】
また、レーザ光に対して透明な基板の一方に反射面を形成し、反射面でない面を基板に接合することでも透明基板の厚さの光路長を設定できる。これらの様に、システムに適した厚さのスペーサもしくは透明基板を選択し接合するだけで、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号の周波数間隔を所望の値とすることが可能となる。
【００７０】
ここで挙げた奥行き分解能、及び、奥行き撮像レンジを計算する式は、全てフーリエ変換によって制限されているものである。
【００７１】
実際のＳＳ−ＯＣＴ装置では、波長可変型面発光レーザの波長帯域とスペクトル形状、及び、瞬時スペクトル線幅（コヒーレンス長）によっても、奥行き分解能、奥行き撮像レンジが制限されることになる。
【００７２】
また、ファブリペローエタロンに用いる反射鏡１０３の反射率をＲ２、上部反射鏡１０１の反射率をＲ１としたとき、Ｒ１＞Ｒ２の関係とすることが好ましい。これは図４に示すように、上部反射鏡１０１と反射鏡１０３の反射率が等しくなると、急激に波長可変型面発光レーザの閾値利得係数が大きくなり、面発光レーザの特性が悪化するためである。
【実施例】
【００７３】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００７４】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した波長可変型面発光レーザの構成例について、図１、３を用いて説明する。
【００７５】
本実施例の波長可変型面発光レーザは、図３に示すように、ＧａＡｓ基板上に中心波長１０５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ−ＤＢＲを２９ペア形成し下部反射鏡１０２が形成される。
【００７６】
その上に、クラッド層としてｎ型Ａｌ０．４ＧａＡｓが７４．６ｎｍｍ、スペーサ層としてアンドープのＧａＡｓが５０ｎｍ、
活性層としてのバリア層／量子井戸層としてＧａＡｓ１０ｎｍ／ＩｎＧａＡｓ８ｎｍ、
スペーサ層としてアンドープのＧａＡｓが５０ｎｍ、
クラッド層としてｐ型Ａｌ０．４ＧａＡｓが７４．６ｎｍ、それぞれ形成されている。
【００７７】
更に、その上に、選択酸化によって電流狭窄構造を形成する選択酸化層ｐ型Ａｌ０．９８ＧａＡｓを３０ｎｍ、
クラッド層ｐ型Ａｌ０．４ＧａＡｓが３６４．６ｎｍ、形成されている。
【００７８】
この層構成のウエハの選択酸化層下までエッチンしてメサ形状を形成し、ｗｅｔ酸化を施すことによって選択酸化層を酸化し電流狭窄構造が形成される。
【００７９】
その後、一般的なＶＣＳＥＬと同様に絶縁膜、光の出射口に窓を有した電極３０５、が形成される。
【００８０】
上記メサ周囲の支持部材３０２となるＳｉＯ２と、支持部材３０２に支持された弾性変形支持部材３０３となるアモルファスＳｉが梁状に形成されている。
【００８１】
上部反射鏡１０１として５ペアのＡｌＯｘ／ＧａＡｓ−ＤＢＲがこの弾性変形支持部材３０３に支持されている。
【００８２】
この弾性変形支持部材３０３と駆動用電極３０４との間に電圧を印加することにより生じる静電引力にて弾性変形支持部材３０３が撓み、上部反射鏡１０１がメサ方向に近付き空隙が変化する構成となっている。
【００８３】
この構成により、波長が変化する面発光レーザが形成される。
【００８４】
この面発光レーザのＧａＡｓ基板を挟み下部反射鏡１０２と反対側に外部反射鏡１０３が配置される。
【００８５】
本実施例では、本発明の特徴となる外部反射鏡１０３に屈折率が約１．４５の石英ガラス基板を用いる。
【００８６】
外部反射鏡１０３の反射面は、石英ガラスと空気の界面となる。この石英ガラスと空気の界面では屈折率差が低いため１０５０ｎｍの波長において反射率は、おおよそ３．５％の反射率を有することになる。
【００８７】
また、ガラスは有限の厚さを有するため当然上記界面の他にもう一方の界面が存在し、その界面でも光の反射が起こってしまうため、この面には反射防止膜３０１を形成する必要がある。
【００８８】
この反射防止膜はよく知られる単純な１層構造で形成する場合、空気の屈折率を１、ガラスの屈折率を１．４５、望ましくは１．２程度の屈折率の膜で波長の４分の１の光学厚さで形成することができる。
【００８９】
また、一般的な設計技術を用いて複数の膜で構成し形成するものであっても良い。また、サブ波長構造（Ｓｕｂ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＳＷＳ）と呼ばれる波長よりも十分小さな構造を用いて界面の実効的な屈折率をなだらかに変化させる構造を用いても良く、ガラス−空気界面での反射を防止するものであれば、いかなる技術を用いても良い。
【００９０】
これにより、外部反射鏡として作用する反射面は一つとなる。この反射面と下部反射鏡１０２との間で、ファブリペローエタロンが構成される。
【００９１】
このファブリペローエタロンの１対の反射鏡間距離は、ＳＳ−ＯＣＴ装置が達成したい仕様によって決定する必要がある。
【００９２】
また、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、検出された信号からフーリエ変換（逆変換）を行い断層像を構築するため、高速な信号処理が可能なＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）にて処理を行う事が望ましく、信号処理を行う対象のサンプリング数は２のＮ乗個であることが必要である。
【００９３】
ＯＣＴ装置として奥行き撮像範囲：１０ｍｍ、奥行き分解能６μｍが要求されているとすると、ファブリペローエタロンの反射鏡間距離は、奥行き撮像範囲と同様に光路長で２０ｍｍ以上（光周波数分解能７．５ＧＨｚ以下）あれば良いこととなる。
【００９４】
要求される奥行き分解能６μｍから、フーリエ変換を行う光周波数範囲は２５ＴＨｚ以上となる。
【００９５】
光周波数分解能７．５ＧＨｚとすると、２５ＴＨｚの範囲に３３３３点のサンプル数となる。
【００９６】
サンプリング数を２の１２乗個の４０９６点とすると、足りない７６３点分はゼロパディングを行い、フーリエ変換時の計算範囲を広げる必要がある。
【００９７】
また、ファブリペローエタロンの反射鏡間距離の上限は、このサンプリング数によって決まる。サンプリング数を２の１２乗個の４０９６点とすると、２５ＴＨｚ／４０９６点の６．１ＧＨｚの光周波数分解能が限界となる。
【００９８】
これ以上、高い光周波数分解能でサンプリングを行うと、サンプリング数４０９６点の制約から、計算を行う光周波数範囲が２５ＴＨｚよりも狭くなり奥行き分解能が悪くなってしまうため、ＯＣＴ装置の要求に応えられなくなる。
【００９９】
よって、ファブリペローエタロンの反射鏡間距離は、本実施例の場合光路長で２０ｍｍ以上（光周波数７．５ＧＨｚ以下）、２４．６ｍｍ以下（光周波数６．１ＧＨｚ以上）の範囲にあることが望まれる。
【０１００】
本実施例では、外部反射鏡として石英ガラス基板を用い、一方の界面に反射防止膜を形成し、他方の界面を反射面として利用している。
【０１０１】
ここで、石英ガラス基板をＧａＡｓ基板に接合することを考える。本実施例での波長可変型面発光レーザの発振波長範囲は、おおよそ１０００ｎｍ〜１１００ｎｍであり、この波長帯においてＧａＡｓ基板は透明材料である。
【０１０２】
そのため、本実施例の波長可変型面発光レーザは、基板を透過して裏面から光が取り出せる。
【０１０３】
そこで、外部反射鏡１０３の反射防止膜３０１が形成されている面とＧａＡｓ基板の裏面を平行に接合させる。
【０１０４】
ファブリペローエタロンの反射鏡間距離は、屈折率３．６５のＧａＡｓ基板の６２５μｍと、屈折率１．４５の石英ガラス基板厚さとで光路長が決定される。
【０１０５】
そこで、必要な光路長である２４．６ｍｍとするには、１５．４ｍｍの厚さの石英ガラス基板を用いれば良いことがわかる。
【０１０６】
ここで、上述した石英ガラスに反射防止膜を形成したのと同じく、ＧａＡｓ基板の裏面にも反射防止膜を形成することが望ましい。
【０１０７】
このように、波長可変型面発光レーザの下部反射鏡１０２を共有したファブリペローエタロンを形成することができる。
【０１０８】
反射鏡１０３の外側に受光素子１０４となるフォトダイオードを配置する。なお、フォトダイオード１０４の外部反射鏡１０３側の表面には、反射防止膜３０６が形成されている。
【０１０９】
このフォトダイオードにてファブリペローエタロン越しに出力される波長可変型面発光レーザのレーザ光強度をモニタする。
【０１１０】
モニタした信号は、ファブリペローエタロンのＦＳＲの光周波数間隔に応じて信号強度が変調される。
【０１１１】
この６．１ＧＨｚ間隔の光強度ピークを検出し、そのタイミングをトリガにしてＯＣＴ干渉信号強度をサンプリングすることで、均一周波数間隔の干渉信号を取得することができる。
【０１１２】
このｋ−ｃｌｏｃｋ信号を出力する波長可変型面発光レーザを用いたＳＳ−ＯＣＴ装置について、図５を用いて説明する。
【０１１３】
波長掃引光源５０１として本発明の波長可変型面発光レーザを用いる。波長掃引光源５０１から出力された時間に対して波長が変化するレーザ光は、ファイバカプラ５０２を通り二つに分岐される。一方はレンズを通し被検体に照射され、もう一方はコリメータレンズ５０６を通し光路長調整機構５０７を経て再度コリメータレンズ５０８を通しファイバへ集光される。
【０１１４】
被検体からの反射光は、被検体からの反射光を伝達させる被検体用光路を介してファイバカプラへ集まる。すなわち、再度レンズを通りファイバへ戻りファイバカプラ５０２を通りファイバカプラ５０４へ導かれる。
【０１１５】
また、光路長調整機構を通り伝達させる参照光用光路を介してファイバカプラへ集まる。すなわち、光路長調整機構５０７を通った光もファイバカプラ５０４へ集まる。
【０１１６】
このファイバカプラ（干渉部）５０４にて被検体からの信号光と、光路長調整機構５０７を通った参照光とが合波し、干渉信号（干渉光）が生成される。この干渉信号はファイバカプラ５０４で２つに分岐され、差動検出器（光検出部）５０９にて干渉信号として干渉成分のみをＳ／Ｎ良く検出する。
【０１１７】
差動検出器５０９で発生する干渉信号から、本発明の波長可変型面発光レーザから出力されるｋ−ｃｌｏｃｋ信号（トリガ信号）に同期して干渉信号を取得する。
【０１１８】
取得した干渉信号は、演算処理部５１０にて均一周波数間隔の干渉スペクトルデータからフーリエ変換を施され、演算部５１０は、被検体の奥行き情報を取得する。取得した奥行き情報は、画像表示装置５１１にて断層像として表示される。
【０１１９】
［実施例２］
実施例２として、ｋ−ｃｌｏｃｋ用の光出力を受光する受光素子１０４と反射鏡３０７が一体となった構成例について、図６を用いて説明する。
【０１２０】
実施例２の波長可変型面発光レーザの基本構成は実施例１と同様であるが、ファブリペローエタロンを構成する外部反射鏡３０７が受光素子１０４表面に形成されるようにした構成に本実施例の特徴がある。
【０１２１】
本実施例では、波長可変型面発光レーザの波長帯として１０５０ｎｍ帯であるため受光素子としてＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮフォトダイオードを用いる。
【０１２２】
本実施例に用いる受光素子１０４としてのフォトダイオードでは、フォトダイオード表面に１０５０ｎｍをλとして、λ／４ｎの膜厚（ｎは各層の屈折率）でＳｉＯ２／ＴｉＯ２のＤＢＲを２ペア積層した反射膜３０７を形成する。
【０１２３】
なお、基板１０７は、面発光レーザの発振波長に対して透明な材料を用いている。このため、基板１０７は、ファブリペローエタロンに光を入射させるための開口、つまりくり抜きは必要ない。また、基板１０７の受光素子１０４側の表面には、反射防止膜３０８が設けられている。
【０１２４】
この反射膜付きフォトダイオードを実施例１の外部反射鏡及び受光素子の替わりに、波長可変面発光レーザの下部反射鏡を挟み活性層と反対側の面に配置し、波長可変型面発光レーザの基板と反射膜付きフォトダイオードの間にスペーサ３１０を介して接合する。
【０１２５】
このスペーサは、波長可変型面発光レーザの下部反射鏡側から出力されるレーザ光が透過することができるよう、レーザ出射部に孔があいた物を用いる。
【０１２６】
このような構成とすることで、下部反射鏡とフォトダイオード上に形成した反射膜の間で、ファブリペローエタロンが形成できる。
【０１２７】
このときのスペーサ３１０の厚みは、ＳＳ−ＯＣＴ装置が達成したい仕様に合わせて選定する。実施例１と同様の仕様であれば、光周波数６．１ＧＨｚのＦＳＲとなる光路長２４．６ｍｍとなるよう、スペーサ３１０も同様の厚さ２４．６ｍｍとすればよい。
【０１２８】
ここで、スペーサにレーザ光を通過させるために孔のあいたものを用いたが、光学的に透明な材質の基板をスペーサに用いれば孔があいていなくても問題無い。
【０１２９】
その場合は、基板の屈折率を考慮してスペーサの厚さを決定する必要がある。
【０１３０】
また、スペーサと波長可変型面発光レーザ基板間の界面での不必要な反射があると、所望のｋ−ｃｌｏｃｋ信号が得られないため、その界面には反射防止膜等で反射を抑える必要がある。
【符号の説明】
【０１３１】
１０１  上部反射鏡
１０２  下部反射鏡
１０３  外部反射鏡
１０４  受光素子
１０５  活性層
１０６  エアギャップ
１０７  基板
【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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