(57)【要約】【課題】  光路長のわずかに異なる複数の共振器を組み合わせてひとつの共振器として構成することにより、簡便な手法で線幅の狭まった能動モード同期動作のパルス光を形成する。【解決手段】  光を増幅させる光利得媒体と光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、前記光共振器よりパルス光を出射する光源装置であって、前記光利得媒体を含んで構成される前記光共振器を、光路長が互いに異なる複数の光共振器で構成することで、該複数の光共振器における自由スペクトル空間の間隔を相違させ、前記変調により生ずる発振モードの側帯波がなす包絡線により規定される前記パルス光のスペクトル形状を、前記複数の光共振器を個々の光共振器で構成した場合に比べて狭小化したことを特徴とする光源装置。【選択図】  図１
2012129514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を増幅させる光利得媒体と光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、前記光共振器よりパルス光を出射する光源装置であって、前記光利得媒体を含んで構成される前記光共振器を、光路長が互いに異なる複数の光共振器で構成することで、該複数の光共振器における自由スペクトル空間の間隔を相違させ、前記変調により生ずる発振モードの側帯波がなす包絡線により規定される前記パルス光のスペクトル線幅を、前記複数の光共振器を個々の光共振器で構成した場合に比べて狭小化したことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記変調手段により前記自由スペクトル空間の整数倍の変調周波数を印加することで、能動モード同期を得ることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記個々の光共振器で構成した光共振器について第一のスペクトル線幅が得られる能動モード同期動作を生ずる周波数引き込みの値をΔｆｍ、前記複数の光共振器で得られる中心周波数から前記狭小化された第二のスペクトル線幅の周波数軸上の位置までの間に存在する前記複数の光共振器によって許容される縦モードの本数をＮ、前記中心周波数を基準としてこれに隣接する能動モード同期動作のサイドバンドの位置までの間に存在する前記複数の光共振器によって許容される縦モードの本数をＮ１、前記光共振器の屈折率をｎ、光速をｃとして、
前記複数の光共振器を構成する前記個々の光共振器のうち、異なる光路長の差が最大となる２つの光共振器の光路長をそれぞれＬ１、Ｌ２として、以下の式
【数１】
2012129514.tif 000007
を満足することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光共振器を構成する前記光導波路が屈折率分散を持ち、前記変調手段の変調周波数に応じて発振波長が変化することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記光共振器の前記屈折率分散の総和の絶対値が０．５（ｐｓ／ｎｍ）以上の値を持つことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記光導波路が光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項７】
前記光共振器がリング共振器であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
前記光共振器は、該光共振器の両端に反射部材を備えた直線型共振器であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項９】
前記光共振器がＹ字型共振器であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１０】
前記複数の光共振器の少なくとも１つは、前記光路長を可変とする手段を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光路長を可変とするする手段は、可変遅延経路であることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記変調手段は、前記光利得媒体の利得を変調する手段であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１３】
前記変調手段は、前記光共振器中に配された強度変調器であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の光源装置を用いた光源部と、前記光源部からの光を検体に照射し、該検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、前記光源部からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、前記検体測定部からの反射光と前記参照部からの反射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する光検出部と、前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の光源装置を用いた第一の光源部と、前記第一の光源部より出射されるパルス光とは異なる中心波長を有するパルス光を出射する第二の光源部と、これら２つのパルス光を合波する合波手段と、対物レンズと、測定試料を保持するステージと、誘導ラマン信号成分を抽出するフィルターと、受光器と、信号検出手段と、信号処理手段と、を有することを特徴とする誘導ラマン散乱顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル線幅を狭小化したパルス光を出射する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種光計測用の光源として様々な波長可変光源が開発されてきている。なかでも、波長可変帯域が広く、波長可変速度の速い光源は、計測装置の性能向上に寄与することから広く要望されている。この他に望まれる仕様としては、発振時のスペクトル線幅（以下、単に「線幅」ともいう。）が狭いことが挙げられる。その理由は、波長可変光源を用いた光計測の際には、各波長の測定時にスペクトル線幅が狭いことによって分解能およびＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）が向上するからである。
【０００３】
こうした中、広帯域に亘って波長を高速に可変できる光源として、非特許文献１には分散チューニングの手法が開示されている。
【０００４】
これは光共振器中に存在する屈折率の波長分散、つまり波長分散があると自由スペクトル空間（以下、「ＦＳＲ：  Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ」ともいう。）が波長に応じて異なることを利用する手法である。
【０００５】
具体的には、能動モード同期における変調周波数がレーザの発振する中心波長によって異なることを利用し、変調周波数（ＦＳＲに依存）を変化させることで発振波長を変化させる手法を開示する。
【０００６】
一方、線幅を狭小化する技術が特許文献１に開示されている。
【０００７】
具体的には、特許文献１は、ひとつの利得媒体に対して複数の光共振器を設け、各共振器によって許容される縦モードが重なった位置で発振させることで、単一の共振器を用いた場合よりも発振スペクトル線幅の狭小化が図れることを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６１４１３６０号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，ｅｔ  ａｌ．Ｏｐｔ．Ｅｘｐ．Ｖｏｌ．１４，ｐｐ．９２９９−９３０６（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献１に開示された分散チューニングによる波長可変の手法は、原理的に能動モード同期動作を利用するものであるため、生成される光はパルス光である。つまり、変調により励起された側帯波（以下、「サイドバンド」ともいう。）が重なりあった波束である。
【００１１】
そのため、単一波長の連続発振光（以下、「ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｅｕｓ  Ｗａｖｅ）光」ともいう。）に比べて線幅は太くなり、動作原理よりサイドバンドが必ず存在するために線幅の狭小化は、根本的に困難というのが実状である。
【００１２】
一方、特許文献１に記載の複数の共振器を用いることで線幅を狭小化する手法は、元来、連続発振光の線幅狭小化を狙ったものであるところ、パルス発振の光源装置への適用については言及がなされていない。
【００１３】
本発明は、パルス光の発振波長の高速掃引と、発振スペクトル線幅の狭小化と、を同時に達成し得る光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明により提供される光源装置は、光を増幅させる光利得媒体と光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、前記光共振器よりパルス光を出射する光源装置であって、前記光利得媒体を含んで構成される前記光共振器を、光路長が互いに異なる複数の光共振器で構成することで、該複数の光共振器における自由スペクトル空間の間隔を相違させ、前記変調により生ずる発振モードの側帯波がなす包絡線により規定される前記パルス光のスペクトル形状を、前記複数の光共振器を個々の光共振器で構成した場合に比べて狭小化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の装置では、パルス光を出射する光源装置の光共振器を、光路長が互いに異なる複数の光共振器で構成することで、複数の光共振器における自由スペクトル空間の間隔を相違させている。これにより変調により生ずる発振モードの側帯波がなす包絡線により規定されるパルス光のスペクトル形状を、前記複数の光共振器を個々の光共振器で構成した場合に比べて狭小化させる。本発明によると簡便な手法でモード同期動作により線幅の狭いパルス光を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図２】単一の光共振器を用いて構成した光源装置の模式図
【図３】能動モード同期動作時における光共振器の縦モードを示す模式図
【図４】光路長の異なる複数の光導波路を用いて構成した光共振器におけるＦＳＲを示す模式図
【図５】能動モード同期動作時におけるパルス光の包絡線を示す模式図
【図６】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図７】単一の光共振器を用いて構成した光源装置の模式図
【図８】単一の光共振器を用いて能動モード同期動作により得られたパルス光のスペクトルを示すグラフ
【図９】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図１０】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図１１】本発明の光源装置を用いた光干渉断層撮像装置を示す模式図
【図１２】本発明の光源装置を用いた誘導ラマン散乱顕微鏡装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、光路長のわずかに異なる複数の共振器を用いて一つの共振器を構成することで、能動モード同期動作時のパルス光のスペクトル線幅を狭小化できるという発明者らが見出した知見に基づいている。
【００１８】
以下に本発明を実施するための形態について説明する。
【００１９】
強制モード同期動作によりパルス光を出射する本発明の光源装置は、光を増幅させる光利得媒体と光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備える。
【００２０】
そして、前記光利得媒体を含んで構成される前記光共振器を、光路長が互いに異なる複数の光共振器で構成することで、該複数の光共振器における自由スペクトル空間（ＦＳＲ）の間隔を相違させる。これにより、前記変調により生ずる発振モードの側帯波がなす包絡線により規定される前記パルス光のスペクトル形状を、前記複数の光共振器を個々の光共振器で構成した場合に比べて狭小化した光源装置が構成できる。
【００２１】
図１は、本発明に係る光源装置を具体的の一例を示す模式図である。
【００２２】
図１の光源装置においては、光利得媒体１０１と、光導波路１０２および１０３と、光アイソレータ１０４と、変調手段１０５と、分岐用カプラ１０６と、合波用カプラ１０７とが光学的に結合されて光共振器１０８を構成している。なお、合波用カプラ１０７は出力用カプラも兼ねている。また、光アイソレータは、必要に応じて設けられるもので、リング共振器内の光を一方向に周回させることで、共振器内を対向するモード間の影響の抑制を目的とするものである。また、変調手段用の電流源など、駆動系を示す部材は省略している。
【００２３】
このとき、光導波路１０２が構成する光共振器１０８の光路長と、光導波路１０３が構成する光共振器１０９の光路長を互いに異なる長さとする。これにより２種類の異なるＦＳＲ間隔が共振器内に存在することとなり、単一の共振器で能動モード同期動作を行った時と比較して狭いスペクトル線幅のパルス光が得られる。
【００２４】
以下、本発明に係る光源装置の動作および機能を説明する。
【００２５】
図２に単一共振器にて能動モード同期動作する光源の構成を示す。
【００２６】
図２においては、光利得媒体２０１と、変調手段２０２と、アイソレータ２０３と、出力用カプラ２０４と、が光導波路２０５を介して光学的に結合され、光共振器を構成する。
【００２７】
このとき、共振器内に存在し得る光のモードは、共振器の光路長で決まるＦＳＲ間隔に応じた位置の縦モードである。これらを共振器モードともいう。
【００２８】
図３は周波数空間での能動モード同期動作時の共振器内の縦モードを表す。いま、周波数ｆ０の光が存在するとき、共振器内の光にＦＳＲの整数倍に等しい周波数ｆｍの変調を加えると側帯波（サイドバンド）が励起される。
【００２９】
そして、これらサイドバンドと周波数ｆ０の光のうち、位相のそろった縦モードが重なり合ってパルス光が形成される。これが能動モード同期動作である。このｆ０を中心周波数としてサイドバンドの強度の包絡線により形成されるパルス光の波形の半値全幅がスペクトル線幅である。
【００３０】
共振器を構成する光導波路の屈折率が一定であるとき、ＦＳＲの間隔は波長に対し一定である。しかしながら、屈折率が波長に対し変化するとき、つまり波長分散を持つとき、ＦＳＲ間隔は波長によって異なる。よって周波数軸上で考えて中心周波数ｆ０から離れるに従い、変調周波数（モード同期周波数）を整数倍したサイドバンドの位置と、ＦＳＲ間隔で決まる共振器モードの位置の差分が増える。このため、中心周波数から離れた位置のサイドバンドは強度が弱くなり、有限数の縦モード（サイドバンド）が重なり合い能動モード同期動作時のパルス光が形成されることとなる。
【００３１】
換言すれば、モード同期周波数とＦＳＲ間隔の整数倍が少しずれていても線幅の揺らぎや周波数引き込みの作用により能動モード同期動作のサイドバンドが励起される。両者の乖離が大きくなるほど、サイドバンドの強度は徐々に小さくなる。本発明はこの現象を積極的に用いて、能動モード同期動作時のパルス光のスペクトル線幅を狭小化したものである。
【００３２】
これについて以下に詳しく説明する。
【００３３】
いま、図１に示すような２つの共振器を、光利得媒体１０１からみてひとつの共振器となるよう構成した系を考える。この２つの共振器を構成する光導波路１０２と１０３の光路長をわずかに異なる構成とする。
【００３４】
この時、図４（ａ）と（ｂ）に示すように２つの共振器がそれぞれ持っているＦＳＲ間隔はわずかにずれており、これらをひとつの共振器として構成した時には図４（ｃ）に示すようになる。
【００３５】
つまり、中心周波数ｆ０が一致したところを中心として、中心から離れると互いの共振器モード同士のずれが大きくなる。このような共振器に対し、変調手段１０５を用いて周波数ｆｍの変調を行い能動モード同期動作を行う。このとき、２つの共振器モードの中間値を実効的な共振器モードとし、この実効的な共振器モードの整数倍とモード同期周波数が等しい位置にサイドバンドが励起される。中心周波数ｆ０から離れるほど、２つの共振器モード間の間隔が広くなり、励起されるサイドバンドの強度が弱くなる。
【００３６】
よって、図４（ｃ）示すように中心周波数に近い位置からサイドバンドの強度は急速に弱くなる。サイドバンドの強度が形成する包絡線は単一の共振器のときと比較して急峻に減衰する。こうしてスペクトル線幅の狭小化が達成される。
【００３７】
この様子を図５に示す。図５（ａ）は単一の共振器で構成した際の、能動モード同期動作時のパルス光のエンベロープをスペクトル上で表したものであり、図５（ｂ）は複数の共振器で構成した際のエンベロープである。中心周波数から離れるほど、サイドバンドの強度が急峻に弱くなるので、線幅の狭小化が達成される。
【００３８】
本発明において、光利得媒体としては半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の他、エルビウムやイットリビウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。
【００３９】
希土類添加光ファイバは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増す。
【００４０】
半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、反射型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。
【００４１】
本発明において、光導波路は光を伝搬させる機能を有するものであれば、基本的に用いることができるが、外部からの影響を極力抑えるために光を閉じ込めて伝搬させる、スラブ導波路や、光ファイバを用いることが好ましい。光を閉じ込めて伝搬させる導波路は、基本的には屈折率の高い部分（コア）と屈折率の低い部分（クラッド）を有するが、細かい間隔のＦＳＲを得るためには比較的長い共振器長が望ましく、この観点から光ファイバを用いるのが好ましい。これは分散チューニング方式の原理から、ＦＳＲの間隔が小さいほうが発振波長を選択するピッチが細かくなるからである。光ファイバとしては、石英（ＳｉＯ２）ガラスを用いたものや、プラスチックを用いたもの、石英とプラスチックの両方を用いたもの等を挙げることができる。
【００４２】
本発明においては、分散チューニングの手法により発振波長を可変とするためには、光導波路が波長分散を有することが好ましく、波長分散の分散値は、正常分散（分散値が負）のものから異常分散（分散値が正）のものまで、採用する光増幅媒体、得ようとする掃引速度、掃引波長範囲等を考慮して適宜、所定の分散値のものを採用することができる。
【００４３】
本発明で採用し得る共振器としては、ファイバに代表される光導波路で利得媒体の両端をつないだリング型共振器の他、光導波路の両端を反射端（反射部材）により構成した直線型共振器などで構成することができる。
【００４４】
本発明で採用し得る光変調手段としては、利得媒体の利得を電気的に直接的に変調し得る直接変調器や、外部変調器として電気光学効果（ポッケルス効果）を用いた電気光学変変調器（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であるＬＮ強度変調器（ＬｉＮｂＯ３基板使用）や半導体の電界吸収効果を用いた電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）等が挙げられる。この他、半導体光増幅器に信号光を導入して、出力光の強度変調を行う相互利得変調等の光学的変調器を挙げることもできる。
【００４５】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。
【００４６】
（実施例１）
ファイバーリング共振器を用いた例について説明する。
【００４７】
図６は、本実施例の光源装置を示す模式図である。
【００４８】
図６の光源装置においては、光利得媒体としてのＳＯＡ６０１と、光ファイバ６０２と、アイソレータ６０４と、ＥＯＭ（ＬＮ強度変調器）６０５と、分岐用カプラ６０６と、合波用カプラ６０７と、を含んで光共振器６０８を構成している。そして、光ファイバ６０３と、ファイバストレッチャー６１０と、ＳＯＡ６０１、アイソレータ６０４、ＥＯＭ６０５、分岐用カプラ６０６、合波用カプラ６０７、を含んで光共振器６０９を構成している。つまり、一つの光利得媒体６０１に対して２つの光共振器が光学的に結合されたファイバ型２重リング共振器を構成している。ここで、合波用カプラ６０７は出力用カプラも兼ねている。なお、光共振器中に配された強度変調器ＥＯＭ６０５には変調用の信号発生器６２０が接続されている。ＳＯＡ６０１には電流源が接続されているが電流源の図示は省略している。
【００４９】
図６の装置においては、光ファイバ６０２が構成する光共振器６０８の光路長Ｌ１と、光ファイバ６０３が構成する光共振器６０９の光路長Ｌ２を互いに異なる長さとする。
【００５０】
これにより２種類の異なる自由スペクトル空間（ＦＳＲ）の間隔が共振器内に存在することとなり、前述した原理により単一の共振器で能動モード同期動作を行った時と比較して狭いスペクトル線幅のパルス光が得られる。
【００５１】
以下、本実施例の原理および効果について説明する。
【００５２】
図７に単一の共振器を用いて構成した光源装置の模式図を示し、図８に図７の光源装置で能動モード同期を行った際のパルス光のスペクトルを示す。図７の光源装置は、光利得媒体（ＳＯＡ）７０１、光ファイバ７０２、光アイソレータ７０４、ＥＯＭ（ＬＮ強度変調器）７０５、及びカプラ７０６を用いて光共振器７０３を構成している。７２０はＥＯＭ７０５を制御する信号発生器である。
【００５３】
ここで光利得媒体（ＳＯＡ）７０１は中心波長８４０ｎｍのものを用い、光ファイバを７０２用いた共振器７０３の光路長がＬ１＝２００ｍとなる構成とした。
【００５４】
ＥＯＭ７０５に変調周波数ｆｍ１＝１．００６３５０ＧＨｚを印加し、能動モード同期動作により得られたパルス光のスペクトルを図８に示す。図８のスペクトルの中心波長はλ１＝８５８．４ｎｍであり、スペクトル線幅（半値全幅）は０．４０ｎｍであった。
【００５５】
分散チューニングの原理によると変調周波数ｆｍを変化させると発振波長が変化する。
【００５６】
図７に示した装置では、その波長変化量の感度は０．００５４２ｎｍ／ｋＨｚであった。
つまり、波長を１ｎｍ変化させることはモード同期周波数を１／０．０５４２＝１８．４５ｋＨｚ変化させることになる。
【００５７】
いま、発振している中心波長λ１から半値半幅分だけ離れたλ２を中心波長としたときの変調周波数をｆｍ２として、変調周波数の差：ｆｍ２−ｆｍ１を考える。
【００５８】
前記波長変化量の感度およびλ２−λ１＝０．２ｎｍより、ｆｍ２−ｆｍ１＝０．２ｎｍ×１８．４５ｋＨｚ／ｎｍ＝３．６９ｋＨｚとなる。中心波長と隣接するサイドバンドの間では波長分散の影響によるＦＳＲ間隔の変化が小さく、その中心波長と隣接サイドバンドの周波数間隔（モード同期周波数）がＦＳＲの整数倍と等しいとする。
【００５９】
このとき、上記より本実施例の構成ではモード同期周波数が共振器により許容される縦モード（共振器モード）の位置より３．６９ｋＨｚずれたときにサイドバンドの強度が１／２となる。
【００６０】
このように変調により励起されるサイドバンドの位置と共振器モードの位置がずれていても、周波数引き込みによりサイドバンドは励起され、周波数ずれが大きくなるほどサイドバンドの強度は小さくなる。中心周波数のピーク強度に対して１／２の強度で励起されるサイドバンドと共振器モードの周波数ずれ量、つまり周波数引き込みの量をΔｆｍとすると（第一のスペクトル線幅のモード同期が得られる）、本実施例ではΔｆｍ＝３．６９ｋＨｚである。
【００６１】
以上より、図６に示した複数の光共振器の構成において共振器６０８の光路長Ｌ１が２００ｍのときに、共振器６０９の光路長Ｌ２を適切な長さとし、このような周波数差Δｆｍを所望の線幅の波長の位置で作り出せば、サイドバンドの強度が１／２となり、線幅の狭小化が図れることが理解される。
【００６２】
これにより、図７における単一の共振器７０３で構成した光源装置よりも狭小化した線幅が得られる。
【００６３】
ここで、線幅０．４０ｎｍより狭い線幅０．０５ｎｍを得るためのＬ１とＬ２の共振器長差ΔＬ＝Ｌ１−Ｌ２を求める。波長８６０ｎｍおいて、線幅０．０５ｎｍは２０．２８ＧＨｚに相当する。
【００６４】
よって、半値半幅である１０．１４ＧＨｚだけ離れた付近で、両者のＦＳＲの差に起因する共振器６０８と６０９のサイドバンドのずれが前記のΔｆｍ＝３．６９ｋＨｚに相当すれば良い。
【００６５】
屈折率ｎ＝１．４６のファイバをＬ１＝２００ｍ用いた共振器のＦＳＲは光速ｃと共振器の屈折率ｎを用いて、ＦＳＲ＝ｃ／ｎＬと表されるので、ＦＳＲ１＝１．０２７ＭＨｚと求まる。ここで、ファイバの長さは光共振器を構成する光利得媒体等の長さに比べて格段に長いので、ファイバの屈折率を光共振器の屈折率として代替することができる。
【００６６】
よって、モード同期周波数と等しい各サイドバンドの間隔であるｆｍ１＝１．００６３５０ＧＨｚの間には、ＦＳＲ１の間隔で並ぶ共振器モードが９８０本存在する。
【００６７】
中心波長から１０．１４ＧＨｚだけ離れた付近のサイドバンドとしては、ｆｍ１＝１．００６３５０ＧＨｚの周波数でモード同期動作を行っているとき、１０本目のサイドバンドが相当する。
【００６８】
よって、１０本目のサイドバンドの位置までには９８００本の共振器モードが存在することになる。この位置でΔｆｍ＝３．６９ｋＨｚに相当する縦モードの周波数ずれを生み出すためには９８００本の共振器モードが含まれることを考慮し、１組の共振器モードの差であるＦＳＲが共振器６０８と６０９の間で０．３７７Ｈｚだけ異なれば良い。
【００６９】
光路長Ｌ１である共振器６０８のＦＳＲ１と、光路長Ｌ２である共振器６０９のＦＳＲ２の差ΔＦＳＲが０．３７７Ｈｚとなるための光路長差ΔＬはＦＳＲ＝ｃ／ｎＬを用いて、ΔＬ≒７３μｍと求まる。
【００７０】
以下、上記の関係を定式的に表現する。
【００７１】
光路長Ｌ１である共振器６０８のＦＳＲ１および、光路長Ｌ２である共振器６０９のＦＳＲ２は、以下の式（１）で表わされる。
【００７２】
【数１】
2012129514.tif 000003
【００７３】
ひとつの共振器で構成した際のスぺクトル線幅を決定するサイドバンドの強度が半値になる位置までの共振器モードの本数をＮ（本実施例ではＮ＝９８００であった）とすると、ΔＦＳＲ＝ＦＳＲ１−ＦＳＲ２の下限が求まり、
【００７４】
【数２】
2012129514.tif 000004
【００７５】
と表される。ここでＮは、複数の光共振器で得られる中心周波数から狭小化された第二のスペクトル線幅の周波数軸上の位置までに存在する縦モードの本数ということもできる。
【００７６】
つまり、式（２）を満たすΔＦＳＲであれば単一の共振器で構成した場合よりも、スぺクトル線幅が狭まることを示す。
【００７７】
また、中心周波数を基準として隣接する、つまりひとつ隣のサイドバンドの位置でΔＦＳＲがΔｆｍとなるときは、励起されるサイドバンドの強度が低く、サイドバンドの本数が少ないため安定したモード同期動作とならない。ここからΔＦＳＲの上限が求まり、以下の式（３）が得られる。
【００７８】
【数３】
2012129514.tif 000005
【００７９】
従って、式（２）と式（３）から本発明の条件を満たすＬ１とＬ２の範囲が求まり、以下の式（４）が得られる。
【００８０】
【数４】
2012129514.tif 000006
【００８１】
ここでＮ１は、中心周波数を基準としてこれに隣接する能動モード同期動作のサイドバンドの位置までの間に存在する共振器によって許容される縦モードの本数である。
【００８２】
なお、３つ以上の共振器でひとつの共振器を構成した場合には、光路長の差が最大となる共振器の組みあわせでΔＦＳＲが決まるため、そのような共振器の組みあわせの光路長をそれぞれＬ１、Ｌ２とすれば良い。つまり複数の共振器を組み合わせてひとつの共振器を構成した場合、個々の共振器についての光路長の差が最大となる光共振器を２つ選びこれらの光路長をＬ１、Ｌ２とする。このＬ１、Ｌ２が上記の式（４）を満足することが好適である。
【００８３】
本実施例のような光路長差を形成するのに、Ｌ１とＬ２を同一のファイバで構成し、ファイバストレッチャーを用いることが好適である。また、ファイバストレッチャーを用いて共振器長差ΔＬを変化させれば、発振パルス光のスペクトル線幅を調整することもできる。
【００８４】
これにより、単一の共振器構成した時の線幅０．４０ｎｍに比べて、図６に示した本実施例の光源装置では、０．０５ｎｍにスペクトル線幅を狭小化できた。
【００８５】
すなわち、簡便な構成で能動モード同期動作時の発振パルス光のスペクトル線幅を狭小化することができる。
【００８６】
なお、上記のような光路長差を形成する手段としては、ここで構成例として挙げたファイバストレッチャーの他、ピエゾ素子を用いた遅延経路や屈折率可変導波路、空間光学系の遅延経路、温度変化による可変遅延経路等を挙げることができる。
【００８７】
（実施例２）
光ファイバを用いて直線型共振器を構成した例について説明する。
【００８８】
図９は、本実施例の光源装置を示す模式図である。
【００８９】
図９の光源装置においては、光利得媒体としての反射型ＳＯＡ９０１と、ＥＯＭ９０２と、分岐・合波用カプラ９０３と、光ファイバ９０４、９０５と反射ミラー９０６、９０７と、ファイバストレッチャー９０８と、を用いて直線型共振器を構成している。９２０はＥＯＭ９０２を制御する信号発生器である。
【００９０】
反射型ＳＯＡ９０１と反射ミラー９０６にて第一の共振器を構成し、反射型ＳＯＡ９０１と反射ミラー９０７にて第二の共振器を構成する。
【００９１】
実施例１と同様に、ファイバストレッチャー９０８を用いて光路長差を調整することにより所望の線幅を得られ、単一の共振器で構成したときよりも線幅の狭小化が図れる。
【００９２】
本実施例では、直線型共振器のためアイソレータが不要であり、コストの面からも有益である。
【００９３】
本実施例では、直線型共振器の途中で分岐点を持ったＹ字型共振器の構成を示したが、分岐点のない一本の直線型共振器を用いる構成とすることもできる。
【００９４】
（実施例３）
本発明に係る狭線幅パルス光源装置を用いて波長可変光源装置を構成した例に説明する。
【００９５】
図１０は、本実施例の波長可変光源装置の模式図である。
【００９６】
図１０の波長可変光源装置においては、ＳＯＡ１００１と、光ファイバ１００２および１００３、光アイソレータ１００４、ＥＯＭ１００５、分岐用カプラ１００６、合波用カプラ１００７、ファイバストレッチャー１０１０が光学的に結合されたファイバ型２重リング共振器が構成されている。１０２０はＥＯＭ１００５を制御する信号発生器であり、１０２１はＦＭ変調用の信号を発生させる信号発生器である。
【００９７】
この光源装置において、共振器長によって決まるＦＳＲ間隔の整数倍に等しい周波数でＥＯＭ１００５を駆動することで強度変調を行い、能動モード同期動作となる。
【００９８】
この能動モード同期状態において変調周波数を信号発生器１０２１を用いてＦＭ変調することで発振波長が掃引されることとなり、分散チューニングを動作原理とする波長掃引光源が構成できる。
【００９９】
分散チューニングの動作原理は、次の通りである。
【０１００】
即ち、光共振器を構成する光導波路が屈折率の波長分散を持っているとき、波長によってＦＳＲ間隔が異なる。よって、変調周波数を変化させることでモード同期動作によるパルス光の中心波長が変化し、波長可変光源が実現されるというものである。
【０１０１】
ここで、光共振器内の屈折率分散の値が一定値以上存在しなければ、十分な波長可変特性が得られない。つまり、変調周波数を変化させても発振波長の変化が小さく、加えて発振ピークの波長も同時にモード同期動作の条件を満たしてしまうことで、スペクトル線幅の広がったパルス光を生成してしまう。これは測定用の光源として鑑みた際に、ＳＮ比の観点から望ましくない。
【０１０２】
具体的には、波長１．０μｍ帯の系にて光共振器を光ファイバで構成した際に、光ファイバの持つ波長分散は代表的には−５０（ｐｓ／ｎｍ  ｋｍ）である。このとき、ファイバ長が１０ｍ未満となると波長可変特性が悪化する。このことから、光共振器内に最低限必要な波長分散量の絶対値は、０．５（ｐｓ／ｎｍ）となる。従って、光共振器の屈折率分散の総和の絶対値は、０．５（ｐｓ／ｎｍ）以上の値を持つことが好適となる。
【０１０３】
また、より良い波長可変特性を得るために、望ましくはファイバ長が５０ｍ以上、つまり光共振器内の波長分散量の絶対値は、望ましくは２．５（ｐｓ／ｎｍ）以上となる。
【０１０４】
本発明に係る複数の共振器を持った構成の光源装置を適応することで、実施例１で説明した原理よりスペクトルの線幅の狭小化が図れる。そして、能動モード同期の動作原理から線幅を細めることが困難な分散チューニングの手法を用いた波長可変光源においても、簡便な手法で線幅の狭小化が可能となる。よって、各種計測用の波長可変光源として用いた場合にデータ取得時の分解能の向上が図れる。
【０１０５】
尚、本実施例では、複数のリング共振器を用いて波長可変光源装置を構成したが、リング共振器ではなくＹ字型共振器や直線型共振器を用いて波長可変光源装置を構成することも可能である。
【０１０６】
（実施例４）
本発明の波長可変光源装置を波長掃引型光干渉断層撮像装置（ＳＳ−ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ−Ｓｏｕｒｃｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に適用した例について説明する。
【０１０７】
図１１は、本発明の波長可変光源装置を適用した波長掃引型光断層撮像装置の模式図である。
【０１０８】
図１１に示したＯＣＴ装置では、波長可変光源１１０１（光源部）から出た光をカプラ１１０２を通じて被検体１１０３へと導かれるサンプル光１１０４と、固定ミラー（参照ミラー）１１０５へと導かれる参照光１１０６とに分割する。分割されたあと、サンプル光１１０４はコリメータレンズ１１０７と走査鏡１１０８および対物レンズ１１０９を経て、検体１１０３へと導かれ、検体１１０３に照射される。
【０１０９】
検体１１０３の深さ情報を持って反射された光はもと来た光路を戻り、再びカプラ１１０２に戻る。ここで、対物レンズ１１０９、走査鏡１１０８、コリメータレンズ１１０７は、検体測定部を構成する。
【０１１０】
一方、参照光１１０６はコリメータレンズ１１１０、対物レンズ１１１１を通過したのち固定ミラー（参照ミラー）１１０５にて反射され、もと来た光路を戻り再びカプラ１１０２（干渉部）へと戻る。ここで、参照ミラー１１０５、対物レンズ１１１１、コリメータレンズ１１１０は、参照部を構成し、反射光を干渉部１１０２に伝達する。
【０１１１】
干渉部１１０２に戻った参照光１１０６は、サンプル光（反射光）１１０４と共にフォトダイオード（光検出部）１１１２へと導かれ干渉信号を生成する。計算処理機（画像処理部）１１１３においてこの干渉信号を光源走査信号をもとに再配列し、フーリエ変換を中心とした信号処理をすることで深さ方向断層画像を取得できる。つまり、光検出部１１１２で検出された干渉光に基づいて検体の断層像が得られる。
【０１１２】
本実施例では、波長可変光源１１０１として本発明の波長可変光源を用いる。これにより線幅の狭いパルス光を測定に用いることができ、データ取得点ごとの波長分離が高まることにより、ＳＮの良いＯＣＴ画像が取得できるという効果が奏される。
【０１１３】
次に、測定深度に関する効果について以下、説明する。
ＯＣＴ装置のコヒーレンス長をＣＬ、発振波長の中心波長をλ０、レーザ光の線幅をσλとして、以下の式（５）が成り立つ。
ＣＬ＝（２ｌｎ２／π）（λ０２／σλ）    ・・・・式（５）
【０１１４】
ここで、本発明の光源装置のスペクトル線幅σλは、実施例１を参照すると単一の共振器を用いた場合に比べて１／８（０．０５ｎｍ／０．４０ｎｍ）となることから、コヒーレンス長ＣＬは、単一共振器のものに比べて８倍となる。被検体に対する光の散乱や吸収の影響を無視すると、ＯＣＴ装置の測定深度はコヒーレンス長ＣＬの１／２倍として得られる。このことより原理的には測定深度は、単一共振器のものに比べて４倍（８／２）程度までの向上が図れるという優れた効果が奏される。
【０１１５】
（実施例５）
本発明に係る波長掃引光源を誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Ｓｉｔｕｍｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）顕微鏡に適用した例を示す。
【０１１６】
誘導ラマン散乱顕微鏡（ＳＲＳ顕微鏡）とは２波長のパルス光を用い、一方の光を強度変調した上で２つのパルス光を同期させて試料へ照射することで、非線形光学効果であるＳＲＳを起こさせ、一方の強度変調がもう一方へと移ることを信号として観測する顕微鏡装置である。
【０１１７】
このとき、２波長間の差周波が測定試料を構成する分子の分子振動数と一致した時にＳＲＳが起こる。従って、一方のパルス光の中心波長を変化させることで、様々な分子の分子振動数に一致させることができ、試料を構成する分子群に特有の信号が得られる。
【０１１８】
このようにして、主に生体試料を対象とし、無染色・非侵襲で細胞レベルまで観測できる高感度かつ高解像度な顕微鏡装置である。
【０１１９】
このようなＳＲＳ顕微鏡装置に本発明の波長掃引光源を適用した例を図１２に示す。
【０１２０】
図１２の顕微鏡装置では、繰り返し周波数ｆ１で中心波長λ１のパルス光を出射する本発明に係る波長掃引光源１２０１と、ｆ１と等しい繰り返し周波数ｆ２（＝ｆ１）にて中心波長λ２（光源１２０１とは異なる中心波長）のパルス光を出射する光源１２０２とを用いている。
【０１２１】
光源１２０２からのパルス光は強度変調手段１２１３によって強度変調を受け、光路長を可変とする遅延ライン１２０３を介して試料への照射タイミングが光源１２０１からのパルス光と等しくなるよう同期される。
【０１２２】
２つの光源からのパルス光はこれらを合波する合波手段１２０４によって合波され同一光路を導波する。その後、測定部１２０５において、対物レンズ１２０６、１２０７により測定試料を保持するステージ１２０８上の試料へ照射、集光される。
【０１２３】
測定試料により発生した誘導ラマン散乱信号（ＳＲＳ信号）成分を含む光をフィルター（光学フィルター）１２０９を介してλ１の光のみ受光器１２１０にて測定する。ここで、誘導ラマン信号成分がフィルター１２０９により抽出される。
【０１２４】
そして、信号検出手段（ロックインアンプ）１２１１を用いてロックイン検出し、演算装置１２１２にて信号処理・画像化を行う。
【０１２５】
また、演算装置１２１２にて画像が最適なものとなるよう遅延ライン１２０３を制御し２つのパルス光の試料への照射タイミングの同期をとる。
【０１２６】
さらに、顕微鏡装置１２０５の試料位置もしくはビーム位置を制御する手段へ、その信号を演算装置１２１２から送り、２次元ないしは３次元の像を取得する。
【０１２７】
２つの光源からの繰り返し周波数はｆ１＝ｆ２でもよく、互いが整数倍の関係（ｆ１＝ｍ×ｆ２またはｍ×ｆ１＝ｆ２  ※ただし、ｍは整数とする）としてもよい。
【０１２８】
この場合、強度変調手段を設けずともＳＲＳ信号を取得できる点で好適である。
【０１２９】
また、パルス光に対し強度変調を行う光源、もしくは繰り返し周波数を他方の整数分の１倍とする光源は本実施例の組み合わせに限定されるものではない。
【０１３０】
２つの光源からのパルス光は、その中心波長の差周波が生体分子を構成する分子の分子振動数と等しくなるよう５００〜３５００ｃｍ−１程度が好ましい。具体的には光源１２０１の波長λ１が７５０ｎｍから９５０ｎｍ程度の波長可変であり、光源１２０２の波長λ２は１０２０ｎｍ程度となる。
【０１３１】
また、光源の繰り返し周波数ω１、ω２は、ロックイン検出により高感度化を得るために数ＭＨｚ以上であることが望ましい。このような光源の構成は、利得媒体にＳＯＡや、希土類を添加したファイバーを用いたファイバーレーザにて構成される。
【０１３２】
ＳＲＳ顕微鏡の光源に求められる特性として、数ＭＨｚ以上の高繰り返し周波数が求められ、像取得速度を高めるためには波長可変速度が高速であることが求められる。
【０１３３】
この点で本発明の波長掃引光源が動作原理としている分散チューニングは、基本的に能動モード同期動作であり、繰り返し周波数、波長可変速度を満たす光源として好適である。
【０１３４】
さらに本発明の波長掃引光源を用いることは、スペクトル線幅の狭い光を測定に用いることができるため、分光の観点からＳＲＳ信号の分解能が向上し、高精細な像を取得できるＳＲＳ顕微鏡を構築できる点で好適である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０１、６０１、７０１  光利得媒体
１０２、１０３、６０２、６０３  光導波路
１０８、１０９、６０８、６０９  光共振器
１０５、６０５  変調手段
【図１】
2012129514.tif 000008
【図２】
2012129514.tif 000009
【図３】
2012129514.tif 000010
【図４】
2012129514.tif 000011
【図５】
2012129514.tif 000012
【図６】
2012129514.tif 000013
【図７】
2012129514.tif 000014
【図８】
2012129514.tif 000015
【図９】
2012129514.tif 000016
【図１０】
2012129514.tif 000017
【図１１】
2012129514.tif 000018
【図１２】
2012129514.tif 000019