(57)【要約】  本発明のシステムは、放射ビームを誘導する導波路と、可変遅延部と、偏光依存性変調部とを備えている。可変遅延部は、領域内の屈折率を変化させ、導波路は、当該領域を介する複数のパスを作る。偏光依存性素子は、放射ビームに関連付けられた複屈折を補償し、偏光スプリッタと複数の変調素子とを備える。偏光スプリッタは、各々変調セグメントを備えた第１アームと第２アームとを有している。放射ビームは、第１アームと第２アームとの間で分離され、変調セグメントを横断した後に再合成される。ビームの再合成が、放射ビームの第１偏光放射ビームと放射ビームの第２偏光とを生成する。複数の変調素子は、放射ビームの第１偏光と放射ビームの第２偏光とに対して、それぞれ第１変調と第２変調とを適用する。
2014524021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射ビームにおける複屈折の影響を補償しながら、放射ビームに可変群遅延を導入するためのシステムであって、
放射ビームを誘導するように構成された導波路と、
領域内の屈折率を調節するように構成された可変遅延部と、
上記放射ビームに関する複屈折を補償するように構成された偏光依存性変調部と、を備え、
上記導波路は、上記領域を通る複数のパスを形成するように構成されており、
上記偏光依存性変調部は、偏光スプリッタと複数の変調素子と備えており、
上記偏光スプリッタは、第１の変調セグメントセットを有する第１アームと第２の変調セグメントセットを有する第２アームとを備え、上記放射ビームが、上記第１アームと上記第２アームとの間で分離されて、上記第１の変調セグメントセットと上記第２の変調セグメントセットとを横断した後に再合成され、当該再合成により上記放射ビームの第１偏光及び上記放射ビームの第２偏光が形成されるように構成されており、かつ、
上記複数の変調素子は、上記放射ビームの第１偏光と上記放射ビームの第２偏光とにそれぞれ第１変調と第２変調とを適用するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記可変遅延部と上記偏光依存性変調部とは、平面光波回路の同一基板上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記可変遅延部は、熱光学効果により領域内の材料の屈折率を調節するように構成されたヒータを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
上記可変遅延部は、電気光学効果により上記領域内の材料の屈折率を調節するように構成された電極を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
上記領域は、バルク・マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
上記領域は、表面マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
上記可変遅延部は、さらに、第２領域の屈折率を調節するように構成されており、上記導波路は、当該第２領域を通る複数のパスを形成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
上記領域は、略円形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
上記変調セグメントは、様々な幅の導波路セグメントを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
上記複数の変調素子は群遅延素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
上記複数の変調素子は位相変調素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
上記複数の変調素子は振幅変調素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
上記光変調部は、さらに、光スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
上記光スイッチング素子は、放射ビームの第１偏光に関する導波路と放射ビームの第２偏光に関する導波路との間で光路を切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
上記光変調部はさらに、上記放射ビームの第１偏光及び放射ビームの第２偏光のいずれかを吸収するように構成された光吸収素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
光コヒーレンス・トモグラフィー・システムであって、
放射ビームを放出する光源と、
少なくとも第１導波路と第２導波路との間で上記放射ビームを分離するように構成された光学素子と、
少なくとも上記第１導波路及び上記第２導波路の一方と結び付いた可変遅延部と、
少なくとも上記第１導波路及び上記第２導波路の一方と結び付いた光変調部と、を備え、
上記放射ビームの第１部分が上記第１導波路を伝搬し、上記放射ビームの第２部分が上記第２導波路を伝搬するよう構成されており、
上記可変遅延部は、上記放射ビームの関連部分に群遅延を導入するよう構成され、領域内の屈折率を調節する率調節素子を備え、上記可変遅延部に結び付いた導波路は、上記領域を通過する複数のパスを形成するよう構成されており、
上記光変調部は、偏光スプリッタと複数の変調素子と備えており、
上記偏光スプリッタは、上記放射ビームの関連部分を、少なくとも上記放射ビームの第１偏光と上記放射ビームの第２偏光とにそれぞれ分離するように構成され、かつ、
上記複数の変調素子は、上記放射ビームの第１偏光と上記放射ビームの第２偏光とにそれぞれ第１変調と第２変調とを適用するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
さらに、光学素子からの合成された放射ビームを受信するように構成された検出器を備え、当該合成された放射ビームは、少なくとも放射ビームの第１部分と第２部分とを含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
上記率調節素子は、熱光学効果により上記領域内の材料の屈折率を調節するように構成されたヒータを含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
上記率調節素子は、電気光学効果により上記領域内の材料の屈折率を調節するように構成された電極を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも可変遅延部と光変調部とは、平面光波回路の同一基板上に形成されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
上記領域は、バルク・マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
上記領域は、表面マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
上記可変遅延部は、さらに、第２領域に屈折率を調節するように構成された第２率調節素子を備え、上記可変遅延部と結び付いた上記導波路は、当該第２領域を通る複数のパスを形成することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
上記領域は、略円形の形状を有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
上記偏光スプリッタは、第１アームと第２アームとの間で実質的に入射する放射ビームを分離することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２６】
上記第１アーム及び第２アームは、変調セグメントを備えることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
上記変調セグメントは、様々な幅の導波路セグメントを含むことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
上記複数の変調素子は群遅延素子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２９】
上記複数の変調素子は位相変調素子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３０】
上記複数の変調素子は振幅変調素子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３１】
上記光変調部は、さらに、光スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３２】
上記光スイッチング素子は、放射ビームの第１偏光に関する導波路と放射ビームの第２偏光に関する導波路との間で光路を切り替えるように構成されている、ことを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
上記光変調部はさらに、上記放射ビームの第１偏光及び放射ビームの第２偏光のいずれかを吸収するように構成された光吸収素子を備えたことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３４】
上記光変調部は、複屈折の影響を補償するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３５】
可変遅延部にて放射ビームを受信する工程と、
上記可変遅延部内の領域の屈折率を調節する工程と、
上記放射ビームを少なくとも２回上記領域に通過させる工程と、
変調部にて上記放射ビームを受信する工程と、
変調部内にて偏光スプリッタにより第１アームと第２アームとの間にて上記放射ビームを分離する工程と、
上記偏光スプリッタにより、上記放射ビームの第１偏光モードと上記放射ビームの第２偏光モードとを生成する工程と、
上記変調部内の複数の変調素子を使用して、第１変調と第２変調とを、それぞれ上記放射ビームの第１偏光モードと第２偏光モードとに適用する工程と、を含み、
上記通過により複屈折が上記放射ビームに導入され、かつ、
上記適用が、さらに、上記放射ビームに関する複屈折を補償する、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明の実施形態は、高分解能光コヒーレンス・トモグラフィーにおける可変遅延線の使用に関するものである。
【０００２】
〔背景〕
光コヒーレンス・トモグラフィー（ＯＣＴ）は、広帯域光源及び干渉検出システムによって高い軸方向分解能での深さ分解情報を提供する医療用画像化技術である。これは、眼科や心臓学から産婦人科やin-vitroでの生体組織の高分解能研究まで、多くの適用技術が発見されている。
【０００３】
タイムドメインＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）システム内の要素の一つに、試料内部の深さ走査を実行するために使用される可変遅延線がある。いくつかの特許には、ＯＣＴにおいて使用することで高い走査速度で必要な遅延変動範囲を提供できる遅延線の実装について記載されている。例えば、欧州特許出願ＥＰ０８３１３１２は、光ファイバ、及び、ＯＣＴにおける可変遅延線として使用する圧電素子に基づくデバイスを開示している。
【０００４】
しかしながら、機械的要素に依存する可変遅延線の実装は、可動部品の使用及びそれらの慣性によって、達成することができる最大作動速度に固有の制限を有する。最近、集積光学に基づき、そして、シリコンの熱光学効果を利用する可変遅延線の実装について記述がある（「Thermo-optical delay line for optical coherence tomography」 E. Margallo-Balbas, G. Pandraud, and P.J. French, Proc. SPIE 6717, 671704 (2007), 「Miniature 10 kHz thermo-optic delay line in silicon」 E. Margallo-Balbas, M. Geljon, G. Pandraud, and P. J. French, Opt. Lett. 35 (23). pp. 4027-4029 (2010)）。これらの文献は、熱光学遅延線を使用することによるいくつかの利点の概要を説明している。
【０００５】
熱光学効果は、位相の変化と温度に伴う材料の群屈折率とに基づいている。温度変化と屈折率の変化との関係は、熱光学係数として知られている。一例として、シリコンは、波長１．３μｍに対して室温で２．４×１０−４Ｋ−１の値を示し、これは、１ｍｍの光路の変化を得るのに、１ｃｍの導波路セグメントに対して４１７Ｋの温度上昇を必要とすることを意味する。しかし、与えられた製造技術に対して、熱作用を受ける導波路の長さ、印加電力、（最大スキャン深度を決定する）最大遅延、及び（スキャン・レートを決定する）熱サイクルの最大周波数、の間に譲歩がある。このトレードオフは、製造プロセスが選択されると熱設計の選択肢が設定されることを意味する。
【０００６】
上記のトレードオフを緩和する一つの方法は、米国特許出願公開第２００９／００２２４４３号に記載されるように、制御可能な屈折率を有する領域にわたって導波路セグメントを複数回トレースすることである。電力損失を低減するために良好な導波路の曲率の設計について強調されているが、このような複屈折のような他の光学的効果を補償する方法についての言及はない。複屈折は、導波路内の各偏光モードに対する異なる伝搬定数の存在を説明するものである（A. Melloni et al., 「Determination of Bend Mode Characteristics in Dielectric Waveguides」, J. Lightwave Technol., vol. 19(4), pp. 571-577, 2001）。
【０００７】
多くの場合、複屈折の解決策は、正確な断面形状の設計、又は導波路への制御された応力レベルの導入を介するもの等の、導波路技術自体の最適化に基づいている。熱酸化シリコンなどの材料が、導波路内の光の群速度及び位相速度を調整する応力を導入するために報告されている。
【０００８】
これらの解決策は、いくつかのケースでは適切であるが、それらは、製造プロセスを複雑にし、それらの値は、当該層の堆積及び微細加工の工程における公差に依存する。さらに、それらは、比較的強い曲率を有する導波路セグメントによって導入された複屈折を補償することができない。
【０００９】
別の論文（「Step-type optical delay line using silica-based planar light-wave circuit (PLC) technology」, I. Kobayashi and K. Koruda, IEEE Instrumentation and Measurement, 1998、及び、「Wide-bandwidth continuously tunable optical delay line using silicon microring resonators」, J. Cardenas et al., Opt. Express 18, 26525-26534, 2010）では、集積遅延線を生成するための熱光学効果の利用について報告されいる。しかし、すべての場合において、適用分野が異なり、設計パラメータは、ＯＣＴに必要とされるものから大幅にかい離している。電気通信などのアプリケーションでの自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）は、ＯＣＴに必要なものよりも数桁小さい。１つ目のKobayashi等の論文には、ＦＳＲと最大遅延との間のトレードオフが報告されており、そこでは、デバイスは、ＯＣＴアプリケーションでは約１５０ＧＨｚのＦＳＲを達成だけである。２つ目のJ. Cardenas等の論文では、対応するＦＳＲは１０ＧＨｚのみである。両方の範囲は、通常利用される数十ＴＨｚ内の帯域幅である、ＯＣＴにて使用される範囲から離れた大きなオーダーとなる。
【００１０】
〔簡単な概要〕
放射ビームの複屈折の影響を補償しながら、放射ビームに可変群遅延を導入するためのシステムを提示する。光コヒーレンス・トモグラフィーの範囲内でのシステムの使用及びそのようなシステムの使用によって得られる利点についても記載する。実施形態では、システムは、放射ビームを誘導する導波路、可変遅延部、及び偏光依存性変調部を備えることが示されている。可変遅延部は、領域内の屈折率を変化させ、導波路は、上記領域を通る複数のパスを作る。偏光依存性素子は、放射ビームに関する複屈折を補償し、偏光スプリッタと複数の変調素子とを備える。偏光スプリッタは、各々が変調セグメントを備える第１アームと第２アームとを有している。放射ビームは、第１アームと第２アームとの間で分離され、変調セグメントを横断した後に再合成される。ビームの再合成は、放射ビームの第１偏光と放射ビームの第２偏光とを生成する。複数の変調素子は、放射ビームの第１偏光と放射ビームの第２偏光とにそれぞれ第１変調と第２変調とを適用する。
【００１１】
別の実施形態にて、光コヒーレンス・トモグラフィー・システムを提示する。このシステムは、光源、光学素子、可変遅延部、及び光変調部を備えている。光源は、放射ビームを放出する。光学素子は、少なくとも第１導波路と第２導波路との間で放射ビームを分離する。放射ビームの第１部分は第１導波路を伝搬し、放射ビームの第２部分は、第２導波路を伝搬する。可変遅延部と光変調部との両方は、少なくとも第１導波路及び第２導波路の一方と連結している。可変遅延部は、放射ビームの関連部分へ群遅延を導入し、領域内の屈折率を調節（変更）する率調節素子を備える。可変遅延部に連結された導波路は、領域を通る複数のパスを作る。光変調部は、偏光スプリッタと複数の変調素子とを備える。偏光スプリッタは、放射ビームの関連部分を少なくとも放射ビームの第１偏光と放射ビームの第２偏光とに分離する。複数の変調素子は、放射ビームの第１偏光と放射ビームの第２偏光とにそれぞれ第１変調と第２変調とを適用する。
【００１２】
また、例示的な方法について開示する。実施形態では、この方法は、可変遅延部にて放射ビームを受信する工程を含む。この方法はさらに、可変遅延部内の領域の屈折率を調節する工程を含む。放射ビームは領域を１回以上通過する。複屈折が通過により放射ビームに導入される。この方法はさらに、変調部に放射線のビームを受信することを含む。放射ビームは、変調部内の偏光スプリッタを用いる第１アームと第２アームとの間で分離される。次に、この方法は、放射ビームの第１偏光モードと放射ビームの第２偏光モードとを生成する工程を含む。この方法は、さらに、複数の変調素子を使用して、第１変調と第２変調とをそれぞれ放射ビームの第１偏光モードと第２偏光モードとに適用する工程を含む。この適用工程は、さらに、放射ビームに関する複屈折を補償する。
【００１３】
〔描画／図面の簡単な説明〕
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、明細書の一部を形成しており、本発明の実施形態を例示し、さらに、明細書と共に、本発明の原理を説明し、そして、関連技術の当業者が本発明を形成及び使用できるようにするのに役立つ。
【００１４】
図１は、実施形態に係るＯＣＴシステムのブロック図を示す。
【００１５】
図２は、実施形態に係る可変遅延部の上面図を示す。
【００１６】
図３Ａ−Ｃは、実施形態に係る可変遅延部の側面図を示す。
【００１７】
図４は、別の実施形態に係る可変遅延部の上面図を示す。
【００１８】
図５は、別の実施形態に係る可変遅延部の上面図を示す。
【００１９】
図６は、検出部で受信された信号の例において複屈折が有する効果を示す。
【００２０】
図７は、実施形態に係る光変調部の一例を示す。
【００２１】
図８Ａ及びＢは、実施形態に係る、光スイッチを有する光変調部の例を示す。
【００２２】
図９は、実施形態に係る、光吸収素子を有する光変調部の一例を示す。
【００２３】
図１０は、実施形態に係る、偏光スプリッタのデザインの例を示す。
【００２４】
図１１は、導波路幅が、両方の偏光モードに対する屈折率に及ぼすシミュレートされた効果を示す。
【００２５】
図１２は、導波路幅に基づく偏光モード間の屈折率のシミュレートされた差を示す。
【００２６】
図１３は、導波路幅対の両方の偏光モードにおけるシミュレートされたエラーを示す。
【００２７】
図１４は、実施形態に係る可変遅延システムの例を示す。
【００２８】
図１５Ａ及びＢは、実施形態に係る可変遅延システムの別の例を示す。
【００２９】
図１６は、実施形態に係る可変遅延システムを有するＯＣＴシステムを示す。
【００３０】
図１７は、別の実施形態に係る可変遅延システムを有するＯＣＴシステムを示す。
【００３１】
図１８は、実施形態に係る方法を示す。
【００３２】
本発明の実施形態は、添付の図を参照して説明される。
【００３３】
〔詳細な説明〕 
以下では、特定の構成及び配置を説明するが、これは例示を目的とするのみのものである。当業者には、他の構成及び配置が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく使用できることが認識される。また、本発明が様々な他の用途で使用することもできることは、当業者には明らかである。
【００３４】
ここで、明細書において言及する「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」等は、記載された実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を備え得ることを示唆するが、全ての実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を備える必要はないことに留意されたい。また、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性が実施形態に関連して説明されている場合、他の実施形態に関連してそのような特徴、構造、又は特性を、明示的に記載されているか否かによらず、達成することは、当業者の知識の範囲内である。
【００３５】
本明細書に記載される実施形態により、干渉計デバイス内の放射線ビームに群遅延を導入するシステム及び方法を提供する。例えば、干渉装置は、光コヒーレンス・トモグラフィー（ＯＣＴ）のような低コヒーレンス干渉法を使用することで、サンプル内の異なる深さ（深度）にて画像データを提供する。光の群遅延を変化させることは、観察中のサンプル内のスキャン深度を変えることに相当する。
【００３６】
本明細書に記載の種々の実施形態において、群遅延は、放射ビームを案内する導波路の材料の屈折率を制御することによって変化する。これは、少なくとも１つの領域上に複数のパスを実施する導波路セグメントを備えることによって、達成することができる。その領域では、例えば、屈折率が活性温度の変化によって制御され、加熱素子によって生成される熱が再利用される。屈折率を制御するために、熱勾配を発生させる以外の他の技術が、後に詳細に説明する様に使用されてもよい。
【００３７】
その経路に沿って導波路を曲げることで、複数のパスを、屈折率制御領域内の導波路によって実施してもよい。しかし、統合された導波路の湾曲は、ＯＣＴにおける解像度の損失あるいはさらに二重像の発生源となる複屈折という一面をもたらす。そのため、本明細書の実施形態はまた、ＯＣＴ画像品質における複屈折の影響を克服するために、放射ビームの各偏光モードを分離あるいは調整するためのシステム及び方法を記載している。
【００３８】
本明細書では、「電磁放射線」、「光」、及び「放射ビーム」という用語は、全て、様々に説明する要素とシステムとを通って伝播する同一の電磁信号を記述するために使用される。
【００３９】
図１は、実施形態に基づく、サンプル１１０を画像化するために使用される、可変遅延システム１１２を利用するＯＣＴシステム１０１を示す。例えば、可変遅延システム１１２は、複屈折の影響を補償しながら、ＯＣＴシステム１０１内の光に可変遅延を提供するために使用されてもよい。「光」という用語の使用は、電磁スペクトルの任意の範囲を指すものであってもよい。実施形態では、「光」という用語は、約１．３μｍの波長の赤外線を指す。
【００４０】
ＯＣＴシステム１０１は、さらに、光源１０２、分離素子１０４、サンプルアーム１０６、基準アーム１０８、及び検出部１１４を含む。図示の実施形態では、可変遅延システム１１２は、基準アーム１０８内に配置される。しかしながら、可変遅延システム１１２はまた、サンプルアーム１０６内に配置されてもよいことが理解されるべきである。あるいは、可変遅延システム１１２の様々な構成要素は、サンプルアーム１０６及び基準アーム１０８の両方に存在してもよい。例えば、光に可変遅延を導入する可変遅延システム１１２の構成要素は、サンプルアーム１０６内に配置する一方で、複屈折を減らすための異なる光の偏光モードを変調する構成要素は、基準アーム１０８内に配置することができる。一例では、サンプルアーム１０６及び基準アーム１０８は、パターン化された導波路又は光ファイバなどの光導波路である。実施形態では、ＯＣＴシステム１０１の構成要素の全てが平面光波回路（ＰＬＣ）上に集積される。別の実施形態では、少なくとも可変遅延システム１１２内の全ての構成要素が、ＰＬＣの同一基板上に集積される。他の実施としては、例えば、光ファイバシステム、自由空間光学システム、フォトニック結晶システム等のようなものを、同様に考えることができる。
【００４１】
ＯＣＴシステム１０１は、明瞭にするための図示しない他の光学素子をいくつでも備えることができることが理解される。例えば、ＯＣＴシステム１０１は、サンプルアーム１０６又は基準アーム１０８の経路に沿って、ミラー、レンズ、回折格子、スプリッタ、微小機械要素等を備えていてもよい。
【００４２】
分離素子１０４は、光源１０２からサンプルアーム１０６及び基準アーム１０８の両方へ向かう受信された直接光に使用される。分離素子１０４は、例えば、双方向性結合器、光学スプリッタ、あるいは１つの光ビームを２つ以上の光ビームに変換する任意の他の変調光学素子であってもよい。
【００４３】
サンプルアーム１０６の下を進む光は、最終的には、サンプル１１０に衝突する。サンプル１１０は、組織のような画像化される任意の適切な試料であってもよい。ＯＣＴ処理の間に、光は、サンプル１１０内を特定の深度にてスキャンし、散乱放射線は、サンプルアーム１０６に戻って回収される。別の実施形態では、散乱放射線は、送信導波路とは異なる導波路に回収される。スキャン深度は、可変遅延システム１１２内の光に課される遅延を介して選択することができる。
【００４４】
サンプルアーム１０６及び基準アーム１０８内の光は、検出部１１４で受信される前に再合成される。図示される実施形態では、光は、分離素子１０４によって再合成（結合）される。別の実施形態では、光は、分離素子１０４と異なる光学結合素子で再合成される。
【００４５】
明瞭にするために、可変遅延システム１１２は、可変遅延を導入する構成要素を説明するためだけでなく、複屈折を低減するために使用される。可変遅延システム１１２内で、可変遅延部としての可変遅延を導入するのに関連する構成要素のセットと、光変調部としての複屈折を低減するのに関連する構成要素のセットとを分類してもよい。可変遅延部と光変調部との両方を実現するための種々の実施形態が、本明細書に記載される。
【００４６】
図２は、実施形態に基づく可変遅延部２の一例を示す。一例では、導波路１は、制御可能な屈折率領域３を通る３つのパスを作る。図示される実施形態では、領域３は矩形形状を有するが、領域３は、任意のサイズ及び形状のものであってもよいことが理解される。実施形態では、領域３内の材料の屈折率は、例えば、発熱体４のような率素子を介して調節される。領域３内の導波路１の複数のパスに、発熱体４で発生した熱が再利用される。このような導波路１の配置により、制御可能な屈折率領域３の所定の電力とサイズとに対して、光路における熱的に誘導される変化が増加する。
【００４７】
屈折率の制御材料は、導波路１自体、あるいは導波路１近傍内の他の材料とすることができる。例えば、導波路１は、発熱体４がシリコン又はシリコン窒化物に直接熱を与える、シリコン又は窒化シリコンのリブ導波路であってもよい。別の例では、発熱体４は、導波路１の周囲又は周辺の熱伝導性材料に熱を与え、熱伝導性材料の加熱により、導波路１内に温度勾配又は温度差が発生する。導波路１は、多くの他の材料と同様にシリコン系材料に限定されず、例えば、リン化インジウム、ヒ化ガリウム、及びそれらの種々の三次又は四次構造のように、ＩＲ光を誘導することが可能なものであることが理解される。
【００４８】
図３Ａ−３Ｃは、実施形態に基づく、可変遅延部２の断面の例を示す。各図は、導波路１がリブ導波路である設計を示しているが、例えばストリップ導波路のような他のタイプの導波路も同様に可能である。導波路コア領域は、１つ以上のクラッディング材料により囲まれてもよく、又は１つ以上の側面にクラッドとして周囲の空気を使用してもよい。
【００４９】
図３Ａ及び図３Ｂにおいて、導波路１と発熱体４とは、実施形態によれば、膜として領域３内にサスペンドされている。しかし、導波路１は、領域３を横切る膜によって接続される必要はない。このように、導波路１は、解放された構造として領域３を横切ることができる。図３Ａに示すように、可変遅延部２は、領域３の下の基板を除去するためにバルク・マイクロマシニング技術を用いて製造することができる。このような技術は、ＫＯＨエッチング、深堀り反応性イオンエッチング(ＤＲＩＥ)、又はＸｅＦ２エッチングを含んでもよい。熱的に制御可能な屈折率の領域３のこの物理的構成は、領域３を貫通する膜の下の領域にて熱抵抗を増加させ、したがって、消費電力を最小限に抑えて膜の温度を調節し、所定の屈折率調節を達成する。膜内に同じ熱効果を達成する代替的な構成を同様に利用してもよいことが理解される。
【００５０】
図３Ｂには、強化された熱的性能を達成するための構成の他の例を示されている。この例では、導波路１は、基板の除去された部分（例えば、層）の上の領域３中にサスペンドされている。この除去された部分は、導波路１を含む層の下の犠牲層のエッチングに起因するものであってもよい。除去された部分は、導波路１を含む層の下に完全に密封されてもよいし、又は、露出してもよい。別の実施形態では、耐熱性の高い材料が、導波層内での熱吸収を集中させるために、導波路１を含む層の下に配置されてもよい。
【００５１】
図３Ｃに示すように、別の例では、導波路１は全くサスペンドされていない。導波層１１内の導波路１内とその周辺の所望の熱的挙動は、導波層１１及び地層１２の両方の材料の選択に基づいて達成することができる。一実施形態では、下地層１２は、導波層１１の材料よりも低い熱伝導率及び低い屈折率である材料を備える。
【００５２】
図４は、実施形態に基づく、複数の制御可能な屈折率領域３を有する可変遅延部２の一例を示している。図示された例では、導波路１は、２つの別個の領域３を通る複数のパスを形成する。各領域３は、自身の発熱体４を有している。しかしながら、任意の数の発熱体が各領域３内の材料の屈折率を変化させるために使用され得ることが理解される。同様に、本開示は、制御可能な屈折率領域３は２つのみに限定されず、領域３の数は任意でよい。
【００５３】
図５は、円形の制御可能な屈折率領域３を有する可変遅延部２の一例を示しており、この領域３を介して、導波路１は、この領域３を通る複数のパスを形成する。領域３は、図示のように実質的にトロイド形状を有していてもよく、また、中間部分を含み、充填された実質的な円形の形状を有していてもよい。
【００５４】
可変遅延部２の前の実施形態では、発熱体４は、領域３内の屈折率を調節する率調節素子として実現されている。しかし、熱の適用以外の他の方法が、材料の屈折率を制御するために使用されてもよい。例えば、発熱体４は、パターン化された電極間に印加されるＥ−フィールド又は任意の適切な導電性材料が領域３内の屈折率を変化させるために使用される電気光学変調素子に、置き換えてもよい。別の例では、発熱体４は、導波路材料又は周囲の材料のいずれかの中に電荷キャリアを生成するためのパターン電極に置き換えてもよい。さらに別の例では、屈折率を変化させるため、上述の技術の任意の組み合わせを、同じ可変遅延部２内で使用してもよい。
【００５５】
可変遅延部２のこのような実施形態では、総光路変動の面で制御可能な屈折率領域３の増加した収率は、導波路１の湾曲に関連する。実施形態では、省スペースでのこのような可変遅延の実現は、少なくとも一部がその経路に沿った曲率を呈する導波路１を有することによって実現される。このため、導波路１が曲がることにより、導波路１により誘導された放射ビームに複屈折効果の出現という結果をもたらたす。
【００５６】
複屈折は、集積された光学デバイスにおいて問題を引き起こすことがある。複屈折は、導波路の位相と群速度の偏光状態依存性に関連している。 ＯＣＴシステムの場合、このような依存性は、距離分解能の喪失、又は、検出器で受信される二重像といった結果をもたらす、両方の偏光状態の干渉パターンの相対的な変位を引き起こす可能性がある。図６は、検出器で収集されて復調されたｃΔτとして表される、ＯＣＴ画像間のミスマッチにおける複屈折の影響を示す実施例である。上のグラフ及び下のグラフに表示された受信信号は、遅延走査装置に用いられる導波路内の２つの偏光モードに対応している。上のグラフは、（準）ＴＥモードに対応する信号を示し、下のグラフは、（準）ＴＭ モードに関する干渉信号を含んでいる。本発明の実施形態は、検出器で受信されたデータから画像の鮮明度を向上させるために、複屈折によるミスマッチを補償する。
【００５７】
実施形態では、可変遅延システムは、電磁波に関連付けられた複素振幅に変調を与える光変調部を備えている。一例では、光変調部は、電磁波の各偏光モードで独立して作動する。一実施態様では、光変調部は、偏光分離素子と各偏光モードの変調素子との組み合わせを備える。
【００５８】
このようなＯＣＴシステムのような干渉計システムでは、多重化は、検出器にて干渉縞の周波数多重を生成する位相変調器を導入することによって得ることができる。図７は、実施形態に基づく、２つの偏光モードに適用される位相変調を有する光変調部５の一例を示す図である。光変調部５は、２つの異なるアーム又は光路を介して２つの偏光モードである（準）ＴＥと（準）ＴＭとを分離する偏光スプリッタ６を備える。続いて、各偏光モードは、例えば、位相変調器などの１つ又は複数の変調素子７を通過する。他の変調技術、例えば、周波数変調、振幅変調などが、同様に使用されてもよい。光が複数回遅延器を横切る任意の干渉計構成の場合、変調器での位相制御は、実施形態に従って、０とπとの間の鋸歯状信号を伴う線形であってもよい。この構成は、干渉パターン内の周波数シフトをもたらす。一つは、異なる偏光モードに対応する干渉パターンが対応するスペクトル間の干渉無しに十分に離間されるように、変調素子７を変調設計してもよい。
【００５９】
実施形態では、このような郡遅延素子８のような他の変調要素は、例えば、物理的長さの異なる導波路を通る各アームに含まれ、軸方向の走査範囲内の偏光関連したミスマッチを、画像化システムにおいて回避することができる。各偏光モードに異なる遅延を包含することが、使用されている画像化システムの走査範囲に匹敵する群遅延差を補償されていない複屈折がもたらす用途においては、所望されてもよい。この例において、遅延素子８は、可変走査装置にアクセス可能な範囲内で両偏光を維持するために使用される。導波路長を変化させるなどの受動的遅延器は、熱、電流、応力などを適用することで屈折率を変化できるような能動的遅延装置と置き換えてもよい。
【００６０】
別の実施形態では、両方の偏光の軸スキャンが画像化システムの走査サイクルに沿って連続して起こるように、異なる群遅延素子８が、対応する干渉信号を空間的に分離するための各アームに導入される。ＯＣＴについてのこの例に関連した場合、偏光間の群遅延差は、後方散乱信号に寄与するサンプル内の走査深度範囲よりも大きくてもよい。両方の偏光モードがＯＣＴシステムの走査範囲内でアクセスされ得るように、この遅延差を十分に小さくしてもよい。
【００６１】
別の多重化技術を、周波数変調を超えて使用してもよい。例えば、等符号分割多重、時分割多重化等は、全て、変調素子７の代わりにあるいは変調素子７と共に使用するのに適用可能である。時分割多重の特定の場合には、例えば、光スイッチを介して、２つの偏光のうちの１つ選択的に抑制することを必要としてもよい。これは、一部の光パワーの損失、及び潜在的な信号対雑音比のペナルティを意味する。
【００６２】
図８Ａは、偏光スプリッタ６が時間多重部９に接続されている光変調部５の一例を示す。例えば、時間多重化部は、両方の偏光モード間を交換する光スイッチを用いて実現されてもよい。スイッチングは、導波路の実際の湾曲又は動作を介して機械的に行ってもよいし、放射ビームの湾曲に影響を与える電気光学変調器を使用してもよい。別の例では、熱光学効果は、２つ以上の光路を切り替えるために使用される。
【００６３】
図８Ｂは、実施形態に基づく、偏光モード間の周波数シフトを生じる位相変調を導入するために、図８Ａの実施形態に変調素子７を追加した図を示す。変調素子７はまた、電磁波に関連する振幅や群遅延などと言った偏光モードの他の機能に影響してもよい。実施形態において、変調素子７は、時間多重化部９からの非理想的スイッチングによる不活性な偏光モードの干渉を、例えば、周波数分割多重化を介して、偏光モードをさらに微分することで、最小にする。
【００６４】
図９は、偏光モードのいずれか１つを抑制する光吸収素子１０を備えた光変調部５の別の実施形態を示す。光吸収素子１０は、光変調部５のいずれかのアームを介して光を導く導波路と同じ屈折率を有する材料であってもよい。一例では、光吸収素子１０の材料はゲルである。光吸収素子１０は、導波路を介して戻って入射する電磁波の反射を低減又は排除する任意の数の構造又は材料を含んでもよい。この実施形態では、若干の光パワー損失をもたらすが、両方の偏光モードを用いて画像を形成する場合には、潜在的な問題を回避する。これらの問題の例としては、複屈折による二重像や解像性の劣化が挙げられる。
【００６５】
上述の実施形態の多くでは、偏光スプリッタ６は、電磁波の偏光モードを分離するように設計されている。効率的に両方の偏光モードを分離する能力は、最適なシステム性能を得るために重要である。実施形態では、偏光スプリッタ６は、図１０に示す偏光スプリッタなような、各アームにおける異なるセグメント幅を有するマッハ−ツェンダー干渉計であってもよい。
【００６６】
図１０に示す偏光スプリッタは、実施形態に基づく、干渉計の分離及び再合成の素子（それぞれ、２０１ａ及び２０１ｂ）を備えている。分離素子２０１ａは、上側アーム２０２と下側アーム２０４との間にて入射する放射ビームを分割する。２つの入力が分離素子２０１ａへの入口に示されているが、入射する放射ビームは、単一の入力で受信されてもよい。
【００６７】
上側アーム２０２と下側アーム２０４との各々は、各アームにおける光への特定の変調を与えるように、様々な特性を有する導波路セグメントを備える。例えば、各導波路セグメントは、異なる形状（例えば、様々な幅）を有してもよい。実施形態では、十分な設計の柔軟性を導入するために、４つの異なる導波路セグメントの幅（ｗ１−ｗ４）が、各アームにおいて２つずつ含まれる。対応する導波路の長さ（ｌ１−ｌ４）は、所望のクロス・カップリングの関係を得るために算出される。換言すれば、各アームからの光が再合成素子２０１ｂにて再合成される際、建設的干渉が所定の偏光に対して発生し、破壊的干渉が出力２０６ａ及び２０６ｂの一方にて反対の偏光モードに対して生じる。ハイブリッド結合器における固有の９０°の位相シフトにより、他の出力に対しては状態が逆になる。このように、出力２０６ａ及び２０６ｂにて偏光スプリッタから出る光は、各出力で異なる偏光モードを有することになる。下記の式（１）は、両アームの全体の長さが等しいものとして、これらの関係を定式化したものである。
【００６８】
【数１】
2014524021.tif 000003
【００６９】
この関係式において、ｎｉｅは、セグメントにおけるＴＥ偏光に対する有効屈折率、ｉ及びｎｉｍは、セグメントｉのＴＥ偏光に対する有効屈折率を表す。これらの有効屈折率は、導波路の幾何学的形状の関数である。一例では、実効屈折率は導波路幅の関数である。図１１は、ビーム伝搬法（ＢＰＭ）を用いて計算された、導波路幅の関数としての両偏光モードの有効屈折率のシミュレートされた展開を示す。
【００７０】
導波路セグメントの長さは、ｌｉにより表わされ、それらは、各アームが同じ全長を有するので、設計における２つの自由度を表す。第３の自由度は、ｌ１＋ｌ３又はｌ２＋ｌ４を加えて表される総相互作用長さＬ０によって与えられる。建設的かつ破壊的な干渉条件は、Ｎλ／２及びＭλ／２にて表される。実施形態では、偏光分離を確保するために、Ｎ及びＭは異なる奇数の整数である。一例では、帯域幅の最大化は、Ｍ及びＮを可能な限り小さく保つことによって、達成される。
【００７１】
様々なパラメータについて解くと、下記の式（２）のように定義された行列をマトリクス計算を用いて簡略化することができる。
【００７２】
【数２】
2014524021.tif 000004
【００７３】
これらの定義により、式（１）はＡＬ＝Ｘに簡略化することができる。Ｍ、Ｎ及びＬ０が与えられると、偏光スプリッタの設計を選択するための、多くの自由度が残る。ただし、すべての設計は同じように有効であるわけではない。実際、少なくとも、設計は、すべての長さが正でなければならないことを意味しており、物理的に現実的である必要がある。このことは、下記の式（３）で表される。
【００７４】
【数３】
2014524021.tif 000005
【００７５】
一旦上記関係が確立されると、偏光モードを計算することができる。モード有効屈折率の計算は、例えばＯＣＴのような画像化用途のために特に重要であり、１０−６までの精度が高い性能と信頼性を達成するために必要とされ得る。モードは、典型的には、相関アプローチを用いたＢＰＭを使用して計算される。これらの例示シミュレーションでは、総相互作用長は２ｍｍに固定されている。この係数により、収束に長い長さを必要とする小型の導波路部分の精度が制限されるが、安定したソリューションを提供する値が見出されている。横方向の格子寸法とステップサイズとを、グリッド素子と導波路のリブエッジとの間の相互作用をもたらす離散化に起因する数値誤差を調節するために選択した。一例では、計算されたＢＰＭの値は、精度を改善するため、そして、計算における数値誤差を除去するために、１２次の多項式を用いてフィットさせた。これにより、また、中間幅を補間した。最後に、（ＴＥ及びＴＭ偏光モードに対する）両方のフィットを、導波路幅の関数として図１２に示す屈折率差を得るために、互いから差し引いた。
【００７６】
両偏光モードに対する数値誤差スペクトルの例が、モードに対して解く際にメッシュ設定の所定のセットについての、図１３に示されるシミュレートされた残差プロットに見られる。エラーは、ＴＥ及びＴＭ偏光モードと同じ周期の周期的であることが示されているが、与えられた幅に対して反対の符号を有している。設計のために選択され、ＯＣＴのようなシステムのための高精度のニーズを満たすことのできる１０−６よりも下の屈折率異常を示す多数の導波路幅があることも観察される。
【００７７】
物理的な実現可能性に加えて、一実施形態によれば、重要な導波測定値における誤差に対して装置の感度を最小化することによって、デバイスの製造可能性を最適化することができる。考慮すべきエラーの２つの例は、デバイス内の全ての要素に同じように影響を与える寸法の変化と、デバイス内の要素に異なる影響を与える寸法の変化と、である。一般に、系統誤差は、ウェハ間変動、ウェハ表面上の不均一性、及び統計的プロセスばらつき、他の要因、に起因して生じる。このような製造誤差は、実質的に同じように、すべてのデバイスに影響を与える。光変調部と可変遅延部との相互作用長と面積とが比較的小さい（導波路は、典型的には、互いに比較的近くに配置されている）ので、製造誤差を分析する場合、差分エラーは無視してもよい。
【００７８】
実施形態では、導波路モードの最も大きな影響を有する２つの加工寸法は、リブエッチング深さ及び導波路幅である。一例では、±５０ｎｍでの変化が、製造工程中に発生する可能性の最大偏差であると考えられる。導波路幅が変化する場合、実効屈折率がシフトする。このシフトは、異なる出発サイズの導波路に同じ符号であってもよいが、大きさは、図１１に示される依存関係に応じて変化する。これは、下記の式（４）で表されるマトリクスＡの式（２）からの変化をもたらす。実施形態では、導波路幅（及び関連する長さベクトル）の所与の選択に対して、誤差システム行列が得られる。
【００７９】
【数４】
2014524021.tif 000006
【００８０】
ベクトルＸでの対応する誤差は、以下の式（５）にて示すように、入力パラメータの観点から、式（２）から導出することができる。
【００８１】
【数５】
2014524021.tif 000007
【００８２】
全体の長さは１入力であり、それには関連するエラーはない。例では、誤差はベクトルΔＸの最初の２行に集中しており、位相シフトとして現れ、従って、偏光分離機能の効率が低下する。
【００８３】
様々な導波路幅を選択するための例示的な設計方法論が、本明細書に記載されている。まず、デバイスの最大長さLを設定する。次に、２つの幅（例えば、Ｗ３とＷ４）を、両アームのために、２．６μｍと４．０μｍとの間で変化させて決定する。それから、他の２つの変数（Ｗ１とＷ２）の幅を、１．０μｍと４．０μｍとの間で調べ、そして、システムの解を式（３）従って求める。並行して、感度分析を、５０ｎｍずつ全導波路幅を変化させて、かつ、式（４）に従ってマトリクスΔＡを計算することによって、実行する。次に、ベクトルΔＸを、式（５）に従って計算する。ＴＥ及びＴＭ偏光モードの最大位相誤差は、感度メトリックとして、及び、設計候補として選択される十分に大きい数のポイント（例えば、１０ポイント）を超える閾値位相マージンに到達する唯一の解として、与えられる。
【００８４】
例えば、ＯＣＴシステムと言った集積画像化システムでは、周波数にて両方の偏光の分離を、基準アーム又はサンプルアームのいずれかで実施してもよい。実施形態では、（変調素子７によって）生じた位相変調は、微分項としてそれぞれのドップラー周波数に付加的に表れ、よって、分離の目的のために有効なものとなる。例えば、光変調部５が、複屈折の発生する問題の無い単一のデバイスを製造するために、可変遅延部２に直接接続されていてもよい。しかしながら、光変調部５が可変遅延部２に含まれる導波路に隣接していない場合と同様に、他の実施形態が可能であることが理解される。
【００８５】
図１４は、実施形態に基づく、光変調部５と可変遅延部２との間において可能な集積（統合）化をしたもの一つを示している。２つの部を一緒にして、可変遅延システム１１２を構成している。しかしながら、それらは同一の導波路によって直接接続される必要はない。一例では、光変調部５と可変遅延部２とは、平面光波回路（ＰＬＣ）の同一基板上に形成されている。図示された可変遅延部２は、制御可能な屈折率領域３上で複数のパスがトレースする導波路１を備えている。各領域３は発熱体４を備えている。光変調部５は、偏光スプリッタ６、変調素子７、及び群遅延素子８を備えている。光変調部５の各アームにおける様々な要素の組合せは、実施形態によると、偏光状態のための軸方向のスキャン調整も用いて、偏光モードの周波数分離を介した複屈折の能動制御を可能にする。光変調部５と可変遅延部２との両方の特定の実施形態が図示されているが、いずれかの部の任意の実施形態を、可変遅延システム１１２のという同じ目標を達成するために、組み合わせてもよいことが理解される。このように集積された構成が、例えば、ＯＣＴシステムと言った干渉計画像化システムの基準アーム又はサンプルアームのいずれかに存在してもよい。電磁放射は、光変調部５又は可変遅延部２の何れかにて可変遅延システム１１２に入射してもよいし、及び、他のユニットにより残ってもよいし、あるいは、反射して戻って、入射したのと同じ導波路を飛ばしてもよい。
【００８６】
図１５Ａは、可変遅延システム１１２の別の例を示し、この例では、実施形態に従って、偏光スプリッタ６を用いた偏光モードの分離を介して複屈折が管理される。この例では、偏光モードは、変調素子７により独立に変調され、それぞれが異なる可変遅延部２に供給される。実施形態では、各可変遅延素子２は、制御可能な屈折率領域３を介して複数のパスを独立して追跡する別個の導波路１を備える。個別の可変遅延部２を使用する利点の１つは、各偏光モードに対して異なるスキャン・レート又はスキャン深度が所望される場合に、設計の柔軟性を高められることである。
【００８７】
図１５Ｂは、図１５Ａに示したものと同様の可変遅延システム１１２の別の実施形態を示しているが、各偏光アームに加えた群遅延素子が追加されている。一例では、追加された群遅延素子８は、軸方向の走査範囲を各偏光モードのために独立して選択することを可能にする。導波路の長さを変化させるような受動的遅延は、熱、電流、応力等の印加を介して屈折率を変化させることができるような能動遅延素子に置き換えてもよい。
【００８８】
図１６は、可変遅延システム１１２の一例を組み込んだＯＣＴシステムの実施形態を示している。実施形態では、光は光源３０１から生成され、導波路を介して結合器３０３に向かうように導かれる。一例では、光源３０１は、低コヒーレンス光源である。光源３０１は、広帯域光源であってもよい。結合器３０３は、双方向性結合器、５０：５０カプラ、又は、光源３０１からの入射光を分離して少なくともサンプルアームと基準アームとの中に入れる能力を有する、同様に設計された結合器であってもよい。実施形態では、サンプルアームは、横方向に試料３０６を横切って受光した光を走査する集光光学系３０５に連結されている。一例では、サンプル３０６によって散乱された放射線は、集光光学系３０５によって再度収集され、結合器３０３に戻される。別の例では、サンプル３０６によって散乱された光は、集光光学系３０５ではなく、別の光学素子のセットによって収集される。また、サンプル３０６から集めた光は、基準アームの下で分離された光を再合成させるために、結合器３０３とは異なる結合器に戻されてもよいことが理解される。
【００８９】
実施形態では、基準アームを下って進む光は、反射素子３０７に続く可変遅延システム１１２に到達する。反射素子３０７は、導波路の最後にある研磨面又は劈開面であってもよい。反射素子３０７は、光を、可変遅延システム１１２を通して結合器に戻すことができる。別の例では、反映素子３０７は、サンプルアームからの光と再合成させるために、結合器３０３又は別の連結器に戻るように光を誘導する別の導波路に、光を向け直す。実施形態では、結合器３０３は、両アームから戻る光を合成し、検出器３０２に再合成された光の少なくとも一部を送る。検出器３０２は、例えば、フォトダイオード、フォトダイオード・アレイ、ＣＣＤ素子、ＣＭＯＳアクティブ・ピクセル・センサ等であってもよい。検出器３０２は、電気出力中にて再合成する光の光学干渉パターンの変換動作が可能であってもよい。電気出力は、さらなる信号処理のためにコンピューティング装置３０４にて受信されてもよい。
【００９０】
図１７は、実施形態に基づく、可変遅延システム１１２を組み込んだＯＣＴシステムの他の構成例を示す図である。図示されたＯＣＴシステムは、可変遅延部２がサンプルアームに配置されていることを除いて、図１６に示すシステムと同様であり、光変調部５は基準アーム内に配置されている。従って、サンプルアームに向けられた光は、実施形態に従って、集光素子３０５に到達する前に、まず、可変遅延部２を通過する。基準アームに向かう光は、反射素子３０７に到達する前に、光変調素子５を通過する。
【００９１】
図１８は、実施形態に基づく、複屈折の影響を低減しつつ、放射ビームに可変遅延を導入するための方法１８００の例を示す。方法１８００は、前述のように種々の図に示されるような可変遅延部２及び光学補償部５を備えたＯＣＴシステム１００の様々な構成要素によって実施することができる。
【００９２】
ブロック１８０２では、放射ビームが可変遅延部で受信（受光）される。放射ビームは、基板上のリブ導波路としての導波路内の可変遅延部に導かれてもよい。
【００９３】
ブロック１８０４では、可変遅延部内の領域の屈折率が調節される。屈折率は、熱光学又は電気光学技術によって調節することができる。例えば、ヒータ又は領域内の屈折率に変化を与える電極配置などの変調素子があってもよい。導波路材料又は導波路の上又は近傍に配置された材料の屈折率は、領域内で調節することができる。
【００９４】
ブロック１８０６では、放射ビームが領域を介して少なくとも２回通過する。ビームの通過により、ビームに複屈折が導入される。複屈折は、領域を介して複数回ビームを通過させるための導波路の固有の湾曲により発生する。
【００９５】
ブロック１８０８では、放射ビームが変調部にて受信される。一例では、可変遅延部を介してビームを誘導する同一の導波路が、変調部にビームを誘導するために使用される。
【００９６】
ブロック１８１０では、放射ビームが、第１アームと第２アームとの間で分離される。分離は、例えば、マッハツェンダ干渉計のような干渉計ユニットの一部であるスプリッタによって達成されてもよい。
【００９７】
ブロック１８１２では、放射ビームの第１偏光モードと第２偏光モードとが生成される。放射ビームが間で分離される各アームは、ビームが再合成される際に光の偏光状態に影響を与える変調セグメントを有してもよい。一例では、変調・セグメントは、様々な幅の導波路セグメントである。光が再合成されると、２つのビームが生成され、その一方のビームは第１偏光モードを有し、他方のビームは第２偏光モードを有する。偏光スプリッタの設計及び動作は、図１０−１３を参照して、より詳細に説明される。
【００９８】
ブロック１８１４では、第１変調と第２変調とは、それぞれ、放射ビームの第１偏光モードと第２偏光モードとに適用される。例えば、位相又は周波数の変調は、各偏光に適用することができる。あるいは、又はさらに、遅延を偏光のいずれか又は両方に適用してもよい。放射ビームに導入された複屈折を補償するために、位相及び／又は周波数に対する種々の変調が実行されてもよい。実施形態では、偏光の群遅延に対する変調が、対応する干渉信号を空間的に分離するために実行され、両方の偏光のための軸方向の走査が、ＯＣＴシステムのような画像化システムの走査周期に沿って連続的に発生する。他の信号変調技術が、任意の偏光依存性変調を行うために、どちらかの偏光に同様に実行されてもよい。
【００９９】
なお、概要及び要約の章ではなく、詳細な説明の章が、特許請求の範囲の解釈のために使用されることを意図していることが理解される。概要及び要約の章は、発明者らによって熟考された、全てではないが１以上の本発明の例示的な実施形態を述べるものであり、従って、いかなる意味においても、本発明及び添付の特許請求の範囲を限定するものではない。
【０１００】
本発明の実施形態は、特定の機能及びそれらの関係性の実施を示す機能構築ブロック図を用いて上記されている。これらの機能構築ブロック図の境界線は、説明の便宜上、本明細書では任意に定義されている。代替的な境界線があれば、特定の機能及びその関係性が適切に実施されるように定義してもよい。
【０１０１】
特定の実施形態についての上記の説明は、本発明の一般的性質を十分に明らかにしている。後は、当業者の技術範囲内の知識を適用することによって、過度の実験を行うことなく、本発明の一般的概念から逸脱することなく、特定の実施形態のような種々の用途に対して容易に改変及び／又は適応できる。従って、そのような適応及び改変は、本明細書に提示される教示及び指示に基づいて、開示された実施形態の均等物の意味及び範囲内にあることが意図される。本明細書の表現又は用語は、説明のためのものであり、限定するためのものではないことが理解される。そのため、本明細書の用語又は表現は、教示及び指示に照らして当業者によって解釈される。
【０１０２】
本発明の広がり及び範囲は、前述した実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項とその均等物とによってのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施形態に係るＯＣＴシステムのブロック図である。
【図２】実施形態に係る可変遅延部の上面図である。
【図３Ａ】実施形態に係る可変遅延部の側面図である。
【図３Ｂ】実施形態に係る可変遅延部の側面図である。
【図３Ｃ】実施形態に係る可変遅延部の側面図である。
【図４】別の実施形態に係る可変遅延部の上面図である。
【図５】別の実施形態に係る可変遅延部の上面図である。
【図６】検出部で受信された信号の例における複屈折が有する効果を示す図である。
【図７】実施形態に係る光変調部の一例を示す図である。
【図８Ａ】実施形態に係る、光スイッチを有する光変調部の例を示す図である。
【図８Ｂ】実施形態に係る、光スイッチを有する光変調部の例を示す図である。
【図９】実施形態に係る、光吸収素子を有する光変調部の一例を示す図である。
【図１０】実施形態に係る、偏光スプリッタのデザインの例を示す図である。
【図１１】導波路幅が、両方の偏光モードに対する屈折率に及ぼすシミュレートされた効果を示す図である。
【図１２】導波路幅に基づく偏光モード間の屈折率のシミュレートされた差を示す図である。
【図１３】導波路幅対の両方の偏光モードにおけるシミュレートされたエラーを示す図である。
【図１４】実施形態に係る可変遅延システムの例を示す図である。
【図１５Ａ】実施形態に係る可変遅延システムの別の例を示す図である。
【図１５Ｂ】実施形態に係る可変遅延システムの別の例を示す図である。
【図１６】実施形態に係る可変遅延システムを有するＯＣＴシステムを示す図である。
【図１７】別の実施形態に係る可変遅延システムを有するＯＣＴシステムを示す図である。
【図１８】実施形態に係る方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
2014524021.tif 000009
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2014524021.tif 000011
【図３Ｃ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月6日(2013.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射ビームにおける複屈折の影響を補償しながら、放射ビームに可変群遅延を導入するためのシステムであって、
放射ビームを放出するように構成された光源と、
少なくとも第１導波路と第２導波路との間で上記放射ビームを分離するように構成された光学素子と、
上記第１導波路に連結され、領域内の屈折率を調節するように構成された可変遅延部と、
上記第２導波路に連結され、上記第１導波路内の上記放射ビームの第１部分に関する複屈折の影響を補償するように構成された偏光依存性変調部と、を備え、
上記放射ビームの第１部分が上記第１導波路を伝搬し、上記放射ビームの第２部分が上記第２導波路を伝搬し、そして、前記第１導波路内の上記放射ビームの第１部分が最終的にサンプルに向けられるように構成されており、かつ、上記第１導波路は、上記領域を通る複数のパスを形成するように構成されており、
上記偏光依存性変調部は、偏光スプリッタと複数の変調素子と備えており、
上記偏光スプリッタは、第１の変調セグメントセットを有する第１アームと第２の変調セグメントセットを有する第２アームとを備え、上記放射ビームの第２部分が、上記第１アームと上記第２アームとの間で分離されて、上記第１の変調セグメントセットと上記第２の変調セグメントセットとを横断した後に再合成され、当該再合成により上記放射ビームの第１偏光及び上記放射ビームの第２偏光が形成されるように構成されており、かつ、
上記複数の変調素子は、上記放射ビームの第１偏光と上記放射ビームの第２偏光とにそれぞれ第１変調と第２変調とを適用するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記可変遅延部と上記偏光依存性変調部とは、平面光波回路の同一基板上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記可変遅延部は、熱光学効果により領域内の材料の屈折率を変えるように構成されたヒータを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
上記可変遅延部は、電気光学効果により上記領域内の材料の屈折率を調節するように構成された電極を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
上記領域は、バルク・マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
上記領域は、表面マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
上記可変遅延部は、さらに、第２領域の屈折率を調節するように構成されており、上記導波路は、当該第２領域を通る複数のパスを形成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
上記領域は、略円形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
上記変調セグメントは、様々な幅の導波路セグメントを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
上記複数の変調素子は群遅延素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
上記複数の変調素子は位相変調素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
上記複数の変調素子は振幅変調素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
上記光変調部は、さらに、光スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
上記光スイッチング素子は、放射ビームの第１偏光に関する導波路と放射ビームの第２偏光に関する導波路との間で光路を切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
上記光変調部はさらに、上記放射ビームの第１偏光及び放射ビームの第２偏光のいずれかを吸収するように構成された光吸収素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
光コヒーレンス・トモグラフィー・システムであって、
放射ビームを放出する光源と、
少なくとも第１導波路と第２導波路との間で上記放射ビームを分離するように構成された光学素子と、
上記第１導波路に連結された可変遅延部と、
上記第２導波路に連結された光変調部と、を備え、
上記放射ビームの第１部分が上記第１導波路を伝搬し、上記放射ビームの第２部分が上記第２導波路を伝搬し、そして、前記第１導波路内の上記放射ビームの第１部分が最終的にサンプルに向けられるよう構成されており、
上記可変遅延部は、上記放射ビームの第１部分に群遅延を導入するよう構成され、領域内の屈折率を調節する率調節素子を備え、上記第１導波路は、上記領域を通過する複数のパスを形成するよう構成されており、
上記光変調部は、偏光スプリッタと複数の変調素子と備えており、
上記偏光スプリッタは、上記放射ビームの関連部分を、少なくとも上記放射ビームの第１偏光と上記放射ビームの第２偏光とにそれぞれ分離するように構成され、かつ
上記複数の変調素子は、上記放射ビームの第１偏光と上記放射ビームの第２偏光とにそれぞれ第１変調と第２変調とを適用するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
さらに、光学素子からの合成された放射ビームを受信するように構成された検出器を備え、当該合成された放射ビームは、少なくとも放射ビームの第１部分と第２部分とを含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
上記率調節素子は、熱光学効果により上記領域内の材料の屈折率を調節するように構成されたヒータを含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
上記率調節素子は、電気光学効果により上記領域内の材料の屈折率を調節するように構成された電極を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも可変遅延部と光変調部とは、平面光波回路の同一基板上に形成されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
上記領域は、バルク・マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
上記領域は、表面マイクロマシニング処理により形成されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
上記可変遅延部は、さらに、第２領域に屈折率を調節するように構成された第２率調節素子を備え、上記第１導波路は、当該第２領域を通る複数のパスを形成することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２４】
上記領域は、略円形の形状を有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
上記偏光スプリッタは、第１アームと第２アームとの間で実質的に入射する放射ビームを分離することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２６】
上記第１アーム及び第２アームは、変調セグメントを備えることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
上記変調セグメントは、様々な幅の導波路セグメントを含むことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
上記複数の変調素子は群遅延素子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２９】
上記複数の変調素子は位相変調素子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３０】
上記複数の変調素子は振幅変調素子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３１】
上記光変調部は、さらに、光スイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３２】
上記光スイッチング素子は、放射ビームの第１偏光に関する導波路と放射ビームの第２偏光に関する導波路との間で光路を切り替えるように構成されている、ことを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
上記光変調部はさらに、上記放射ビームの第１偏光及び放射ビームの第２偏光のいずれかを吸収するように構成された光吸収素子を備えたことを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３４】
上記光変調部は、複屈折の影響を補償するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項３５】
上記光学素子はさらに、上記放射ビームの第１偏光を上記サンプルから戻る上記第１導波路の上記放射ビームに合成し、上記放射ビームの第２偏光を上記サンプルから戻る第１導波路の上記放射ビームに合成するように構成された光学素子を備え、
上記放射ビームの第１偏光と上記サンプルから戻る上記第１導波路の上記放射ビームとの合成は、第１干渉パターンを形成し、及び、上記放射ビームの第２偏光と上記サンプルから戻る上記第１導波路の上記放射ビームとの合成は、第２干渉パターンを形成し、かつ、
上記複数の変調素子により適用された第１及び第２変調は、上記第１干渉パターン及び第２干渉パターンとの間における実質的なクロストーク無しに、上記第１干渉パターン及び第２干渉パターンとの間の多重化を可能にする、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３６】
光源から放射ビームを放射する工程と、
少なくとも第１導波路と第２導波路との間で上記放射ビームを分割する工程と、
可変遅延部にて上記放射ビームの第１部分を受信する工程と、
上記可変遅延部内の領域の屈折率を調節する工程と、
上記第１導波路を伝搬する上記放射ビームの第１部分を少なくとも２回上記領域に通過させる工程と、
変調部にて上記放射ビームの第２部分を受信する工程と、
上記変調部内の偏光スプリッタにより、上記放射ビームの第２部分の第１偏光モードと上記放射ビームの第２部分の第２偏光モードとを生成する工程と、
上記変調部内の複数の変調素子を使用して、第１変調と第２変調とを、それぞれ上記放射ビームの第２部分の第１偏光モードと第２偏光モードとに適用する工程と、を含み、
上記放射ビームの第１部分は第１導波路を伝搬し、かつ、上記放射ビームの第２部分は第２導波路を伝搬し、上記第１導波路における上記放射ビームの第１部分が最終的にサンプルに向けられ、
上記通過により複屈折が上記放射ビームの第１部分に導入され、かつ、
上記適用が、さらに、上記放射ビームの第１部分に関する複屈折を補償する、ことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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