(57)【要約】【課題】時間的コヒーレンス長の長い波長可変光源を提供する。【解決手段】利得媒質と、前記利得媒質の一端からの光が入射する回折格子と、前記回折格子への前記入射光の回折光が直入射する端面鏡とを含み、前記回折格子を介して前記利得媒質と前記端面鏡とを包含する共振器を構成する波長可変光源であって、前記利得媒質と前記回折格子との間であって、前記共振器により形成される光路上に配置されたコリメートレンズと、前記コリメートレンズと前記回折格子との間であって、前記共振器により形成される光路上に配置された電気光学偏向器と、前記電気光学偏向器と前記回折格子との間にであって、前記共振器により形成される光路上に配置された平凹レンズを備えた。【選択図】図１
2013149850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得媒質と、前記利得媒質の一端からの光が入射する回折格子と、前記回折格子への前記入射光の回折光が直入射する端面鏡とを含み、前記回折格子を介して前記利得媒質と前記端面鏡とを包含する共振器を構成する波長可変光源であって、前記利得媒質と前記回折格子との間であって、前記共振器により形成される光路上に配置されたコリメートレンズと、前記コリメートレンズと前記回折格子との間であって、前記共振器により形成される光路上に配置された電気光学偏向器とをさらに含む波長可変光源において、
前記電気光学偏向器と前記回折格子との間にであって、前記共振器により形成される光路上に配置された平凹レンズを備え、
前記平凹レンズの平面側が、前記電気光学偏向器と対向しており、
前記電気光学偏向器の電荷密度をρ、電気光学係数をｇ、屈折率をｎ0、周囲の媒質の屈折率をｎ1、光が前記電気光学偏向器内を通過する距離をＬ、前記平凹レンズの焦点距離をｆL、前記平凹レンズの厚みをｔ、前記平凹レンズの屈折率をｎ2としたとき、前記平凹レンズの平面と、前記電気光学偏向器の面との距離Ｊが、
【数１】
2013149850.tif 000014
【数２】
2013149850.tif 000015
を満たすことを特徴とする波長可変光源。
【請求項２】
前記電気光学偏向器は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、または、ＫＴＮにリチウムをドープした（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源。
【請求項３】
前記回折格子と前記電気光学偏向器との間で、前記共振器により形成される光路上に、２分の１波長板をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし２に記載の波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光源に関し、より詳細には、広い波長範囲にわたって波長を制御することができるレーザ光源である波長可変光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機色素からなる利得媒質、または半導体に代表される広帯域の利得媒質を有するレーザ発振器では、その利得帯域内から１つの発振波長を選択して、発振動作させることが可能である。この選択波長を再現性良く切換えることができれば、分光器を用いないレーザ分光が実現される。また、選択波長の切換えを十分迅速に行うことができれば、波長掃引測距に応用したり、電子デバイスまたは生体の断面像を非破壊に観測する光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）などの新たな応用を開くことができる。したがって、このような波長可変光源に対しては、純粋科学から日常医療にわたる広い技術分野への寄与が期待されている。
【０００３】
波長可変光源として、現在までに、共振器内に回折格子による波長フィルタを備える構成が、広く用いられている。図７に、従来の波長可変光源の構成の一例を示す。図７に示された波長可変光源は、偏向器により光ビームの進行方向を変えることによって、発振波長を切換える（例えば、非特許文献１参照）。この構成では、利得媒質として光半導体増幅素子（ＳＯＡ）が用いられている。以下、まず本例の構成と動作について説明する。
【０００４】
図７において、利得媒質６０１は、第１の集光レンズ６１１およびコリメートレンズ６０２の間に配置されている。利得媒質６０１は、コリメートレンズ６０２、電気光学偏向器６０３を経て、回折格子６０６および直入射する端面鏡６１０から構成される波長フィルタに結合されている。第１の集光レンズ６１１は、出力結合鏡６１２に相対している。このようにして出力結合鏡６１２と端面鏡６１０とを両端とする光共振器が構成されている。出力結合鏡６１２から、この光共振器によるレーザ作用による出力光６１３が得られる。
【０００５】
波長フィルタの回折格子６０６の回折面において、電気光学偏向器６０３からの入射角θと、端面鏡６１０からの入射角φとを図７のように定義する。このとき、入射角θは、入射角φと比較して、通常、その絶対値が大きくなるように設定される。その結果、回折格子６０６への回折格子入射光束６０７と比べて、回折格子出射光束６０８が伸張され、太く広がり角の小さい光束として端面鏡６１０で反射される。このため、波長フィルタの選択波長幅を狭窄化することができる。選択波長の変化は、電気光学偏向器６０３により光の進行方向を変え、回折格子６０６への入射角θを変えることによって行われる。
【０００６】
選択波長の変化は、電気光学偏向器６０３に結線された制御電圧源６０４の電圧により制御される。より詳細には、電気光学偏向器６０３に対して、図７の紙面に平行かつ光束６０７に垂直な方向の電界を変化させることによって行われる。すなわち、電気光学偏向器６０３に与えられる電界により、電気光学偏向器６０３内部で屈折率の変化が惹起される。その結果、光束６０７が電気光学偏向器６０３を通過する際に、屈折率の高い方へ光束６０７が曲がる。その結果、光束６０７の回折格子６０６への入射角が変化する。このようにして、電気光学偏向器６０３に印可する電圧を変えることによって、可動部の介在なしに、高速な波長変化が実現されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Shogo Yagi, Tadayuki Imai, Yasuo Shibata, Shigeo Ishibashi, Masahiro Sasaura, Kazutoshi Kato, Kazunori Naganuma, Yuzo Sasaki, and Kazuo Fujiura, “A mechanical-free 150-kHz repetition swept light source incorporated a KTN electro-optic deflector,” Proc. SPIE 7889, 78891J (2011)
【非特許文献２】J. Miyazu, Y. Sasaki, K. Naganuma, T. Imai, S. Toyoda, T. Yanagawa, M. Sasaura, S. Yagi and K. Fujiura, “400 kHz Beam Scanning Using KTa1-xNbxO3 Crystals” Proc. of 2010 Conf. on Lasers and Electro-Optics, CTuG5, 2010
【非特許文献３】河野健治、「光デバイスのための光結合系の基礎と応用」、第二版、現代工学社、２００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図７に示した一例による可動部を持たない波長可変光源には、以下のような問題があり、依然として十分に満足できるものではなかった。それを説明するためにまず、電気光学偏向器について説明する。
【０００９】
非特許文献２を参照すれば、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、ＫＴＮにリチウムをドープした（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶は、電気光学偏向器として機能すると共に、凸レンズ機能を有している。例えば、ＫＴＮチップの上下面を一様なチタン電極にすると、ＤＣ電圧を印加することにより結晶中に電子が注入される。ＫＴＮ結晶中には電子トラップが存在するため、ＤＣ電圧印加後も結晶中のトラップに捕獲された電子が存在する。ここでは、トラップに捕獲された電子は空間的に一様であると仮定し、その電荷密度をρとする。この状態でＫＴＮチップに対して変調電圧を印加すると、ガウスの法則により、陰極からの距離をｘとした場合の電界分布Ｅ（ｘ）は以下の式で表される。
【００１０】
【数１】
2013149850.tif 000003
【００１１】
ここで、ρは電荷密度、εは誘電率、ｄはＫＴＮ結晶チップの厚み、Ｖは電極に印加する電圧をそれぞれ示す。上述の電気光学偏向器の屈折率分布Δｎ（ｘ)は、以下の式で表すことができる。
【００１２】
【数２】
2013149850.tif 000004
【００１３】
ここで、ｇijは電気光学係数、ｎ0はＤＣ電圧を印加する前の電気光学偏向器の屈折率である。
【００１４】
図８は、ＫＴＮ結晶内における屈折率分布を説明するための図である。式１および式２からわかるように、ＫＴＮ結晶３０１に電極３０２，３０３から電圧を印加することによって、結晶内の電界分布Ｅ（ｘ）は、ｘの関数で線形となるが、屈折率変化Δｎはｘの二次関数となっている。従って、屈折率分布は、図８の破線ではなく実線の二次関数状のプロファイルを持つ。偏向現象は、ＫＴＮへの電圧の印加で屈折率に傾斜が生じ、屈折率の高い方向に光が曲がることに拠る。屈折率分布プロファイルが破線の線形プロファイルであれば、ビームは発散したり、収束したりはしない。
【００１５】
しかし、屈折率分布プロファイルが実線のようにプラス側に山の状態で傾斜すると、レンズでいう凸状態の屈折率の傾斜となる。これによりＫＴＮ結晶内のビームは、この屈折率のレンズ効果で収束するようになる。このように、チップ断面において屈折率分布が空間的に凸となり、ＫＴＮ結晶チップ自体が凸レンズの機能を持つ。
【００１６】
そのため、コリメート光を電気光学偏向器に入射したとしても、電気光学偏向器からの出力光は、収束する光となり、回折格子６０６に入射する光は、様々な進行方向を持つ光の重ねあわせと考えることができる。
【００１７】
電気光学偏光器による偏向角δによって回折格子への入射角θはθ−δに変わり、これに伴って選択波長λが、次の回折格子公式に従って変化する。
【００１８】
【数３】
2013149850.tif 000005
【００１９】
式３において、Λは回折格子のピッチを、ｍは回折次数をそれぞれ表す。式３においてφは一定値である。収束する光であることから、さまざまなθ−δを有する光が入力されるため、式３を満たすλは有限の波長幅を持つ。そのため、ある波長幅に存在する全ての波長が共振器に戻ることになり、発振の選択波長幅が広くなってしまう。そのため、レーザの発振線幅が広くなる。レーザの発振幅が広くなると、時間的コヒーレンス長が短くなり、レーザのコヒーレンス特性が劣化するという課題があった。具体的な数値でいえば、コヒーレンス長が２ｍｍ程度となっていた。
【００２０】
本発明の目的は、時間的コヒーレンス長の長い波長可変光源を提供すること、および、電気信号によって波長を迅速かつ正確に制御することができる波長可変光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このような目的を達成するために、本発明の実施態様は、利得媒質と、前記利得媒質の一端からの光が入射する回折格子と、前記回折格子への前記入射光の回折光が直入射する端面鏡とを含み、前記回折格子を介して前記利得媒質と前記端面鏡とを包含する共振器を構成する波長可変光源であって、前記利得媒質と前記回折格子との間であって、前記共振器により形成される光路上に配置されたコリメートレンズと、前記コリメートレンズと前記回折格子との間であって、前記共振器により形成される光路上に配置された電気光学偏向器とをさらに含む波長可変光源である。ここで、前記電気光学偏向器と前記回折格子との間にであって、前記共振器により形成される光路上に配置された平凹レンズを備え、前記平凹レンズの平面側が、前記電気光学偏向器と対向しており、所定の条件において前記平凹レンズを配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の波長可変光源は、電気光学偏向器と回折格子との間に挿入される平凹レンズを、コリメート光が電気光学偏向器に入力されたときに平凹レンズからコリメート光が出力されるように配置する。その結果、コリメート光が回折格子に入力され、回折格子の波長選択性が広がることが抑制されるので、時間的コヒーレンス長の長い波長可変光源を実現することができる。
【００２３】
また、平凹レンズの平面部と電気光学偏向器の端面が向き合うように配置するために、平凹レンズから出射される光がコリメートされる平凹レンズの位置を簡便に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第１の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第２の構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第３の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第４の構成を示す図である。
【図５】電気光学偏向器の構成と動作を説明するための図である。
【図６】電気光学偏向器と平凹レンズとの関係を示す図である。
【図７】従来の波長可変光源の構成の一例を示す図である。
【図８】ＫＴＮ結晶内における屈折率分布を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
本実施形態にかかる波長可変光源は、共振器内に利得媒質と回折格子とを有する波長可変光源において、利得媒質と回折格子との間にコリメートレンズと電気光学偏向器と平凹レンズとを挿入する。このとき、平凹レンズの平面と電気光学偏向器の端面を向い合せ、入出力がコリメート光となるよう配置することを特徴とする。また、電気光学偏向器および回折格子のそれぞれにとって望ましい偏光方向を調整するために、回折格子と電気光学偏向器との間に、２分の１波長板を挿入することもできる。
【００２７】
図１に、本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第１の構成を示す。図１において、利得媒質１０１は、第１の集光レンズ１１１およびコリメートレンズ１０２の間に配置されている。利得媒質１０１は、コリメートレンズ１０２を経て、電気光学偏向器１０３、平凹レンズ１１４、回折格子１０６および直入射する端面鏡１１０から構成される波長フィルタに結合されている。第１の集光レンズ１１１は、出力結合鏡１１２に相対している。このようにして出力結合鏡１１２と端面鏡１１０とを両端とする光共振器が構成されている。出力結合鏡１１２から、この光共振器によるレーザ作用による出力光１１３が得られる。
【００２８】
波長フィルタの回折格子１０６の回折面において、電気光学偏向器１０３からの入射角θと、端面鏡１１０からの入射角φとを図１のように定義する。このとき、入射角θは、入射角φと比較して、その絶対値が大きくなるように設定される。その結果、回折格子１０６への入射光束１０７に比べて、回折格子出射光束１０８が伸張され、太く広がり角の小さい光束として端面鏡１１０で反射される。したがって、波長フィルタの選択波長幅を狭窄化することができる。
【００２９】
選択波長の変化は、電気光学偏向器１０３に結線された制御電圧源１０４の電圧の制御により行われる。すなわち、電気光学偏向器１０３によって、回折格子１０６への入射光束１０７が偏向され、入射角θを変化させることになる。本実施形態においては、電気光学偏向器１０３に印可する電圧を変えることによって、可動部の介在なしに高速に波長を変化させることができる。
【００３０】
第１の構成において、電気光学偏向器１０３から回折格子１０６への入射光束１０７は、平凹レンズ１１４によりコリメート光に変換される。詳細は、実施例に基づいて説明するが、電気光学偏向器１０３のレンズ機能を、ＧＲＩＮロッドレンズとみなして、所定の条件において平凹レンズ１１４を配置することにより、回折格子１０６にコリメート光を照射することができる。
【００３１】
その結果、回折格子１０６の波長選択性が広がることが抑制されるので、時間的コヒーレンス長の長い波長可変光源を実現することができる。上述したＫＴＮからなる電気光学偏向器のコヒーレンス長が２ｍｍ程度となっていたのを、下記の実施例によれば、第１の構成において、コヒーレンス長８ｍｍに改善することができる。第１の構成においては、コヒーレンス長が伸びたことにより、本実施形態の波長可変光源をＯＣＴに適用すると、被観察体表面から、より深い部位まで観察できるようになり、従来の光源では観察できなかった部位まで観察ができるようになる。
【００３２】
図２に、本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第２の構成を示す。第１の構成に対して、２分の１波長板１０５をさらに備えている点で相違している。
【００３３】
電気光学偏向器１０３および回折格子１０６は、それぞれ、望ましい偏光方向を持っている。図１の構成の場合、両者の望ましい偏光方向が異なっている場合がある。多くの場合、電気光学定数は電界方向と光の電界方向が一致する場合に最大となる。そのような場合、電気光学偏向器１０３にとって望ましい偏光方向は、図１において上下方向（ｙ方向）の直線偏光である。一方、刻線タイプの回折格子では、多くの場合、光の電界方向が刻線方向に平行な場合に、回折効率が最大となる。その場合、回折格子１０６にとって望ましい偏光方向は、図１において図面に垂直方向（ｚ方向）の直線偏光である。上述の相異なる偏光方向の要請を調整するために、平凹レンズ１１４と回折格子１０６との間に、２分の１波長板を挿入することができる。
【００３４】
図２において、利得媒質１０１は、第１の集光レンズ１１１およびコリメートレンズ１０２の間に配置されている。利得媒質１０１は、コリメートレンズ１０２を経て、電気光学偏向器１０３、平凹レンズ１１４、２分の１波長板１０５、回折格子１０６および直入射する端面鏡１１０から構成される波長フィルタに結合されている。第１の集光レンズ１１１は、出力結合鏡１１２に相対している。このようにして出力結合鏡１１２と端面鏡１１０とを両端とする光共振器が構成されている。出力結合鏡１１２からは、この光共振器によるレーザ作用による出力光１１３が得られる。
【００３５】
２分の１波長板１０５を備えることにより、電気光学偏向器１０３および回折格子１０６の偏向方向を一致させることができる。波長フィルタにおける回折格子１０６への２つの入射角θ、φの関係、および、電気光学偏向器１０３に結線された制御電圧源１０４を通じた波長変化動作は、図１に示した第１の構成に準じたものなので、説明は省略する。
【００３６】
図３に、本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第３の構成を示す。図３において、利得媒質２０１は、第１の集光レンズ２１１およびコリメートレンズ２０２の間に配置されている。利得媒質２０１は、コリメートレンズ２０２を経て、電気光学偏向器２０３、平凹レンズ２１４、回折格子２０６および直入射する端面鏡２１０から構成される波長フィルタに結合されている。第１の集光レンズ２１１は、出力結合鏡２１２に相対している。このようにして出力結合鏡２１２と端面鏡２１０を両端とする光共振器が構成されている。出力結合鏡２１２からは、この光共振器によるレーザ作用による出力光２１３が得られる。
【００３７】
波長フィルタにおける回折格子２０６への２つの入射角θ、φの関係、および、電気光学偏向器２０３に結線された制御電圧源２０４を通じた波長変化動作は、図１に示した第１の構成に準じているので説明を省略する。
【００３８】
第３の構成においても、電気光学偏向器２０３と、回折格子２０６との間で相異なる偏光方向の要請を調整するために、平凹レンズ２１４と回折格子２０６との間に、２分の１波長板を挿入することができる。
【００３９】
図４に、本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第４の構成を示す。図４において、利得媒質２０１は、第１の集光レンズ２１１およびコリメートレンズ２０２の間に配置されている。利得媒質２０１は、コリメートレンズ２０２を経て、電気光学偏向器２０３、平凹レンズ２１４、２分の１波長板２０５、回折格子２０６および直入射する端面鏡２１０から構成される波長フィルタに結合されている。第１の集光レンズ２１１は、出力結合鏡２１２に相対している。このようにして出力結合鏡２１２と端面鏡２１０を両端とする光共振器が構成される。出力結合鏡２１２からは、この光共振器によるレーザ作用による出力光２１３が得られる。
【００４０】
波長フィルタにおける回折格子２０６への２つの入射角θ、φの関係、および、電気光学偏向器２０３に結線された制御電圧源２０４を通じた波長変化動作は、第３の構成に準じているので、説明を省略する。
【００４１】
以上、図１から図４に示した各構成においては、出力結合鏡１１２、２１２を個別の部品として示したが、他の構成も可能である。例えば、利得媒質１０１、２０１が半導体チップの場合、それらの出力光側劈開面、またはこのような端面に施した蒸着膜を、出力結合鏡の替わりに使用できるのは言うまでもない。
【００４２】
図５を参照して、電気光学偏向器の構成と動作を説明する。図５（ａ）に、偏向器の偏向面内を見た、基本的な構成および動作を示す。電気光学結晶３０１の対向面には、それぞれ電極３０２および接地電極３０３が形成されている。入射光３０５は、これら２つの電極の中間を通る中心光軸３０８に沿って伝搬する。ここで、制御電圧源３０４によって電極３０２に電圧を印加すると、結晶内の光線は、負極（正電圧印加時を示す図５（ａ）では、接地電極３０３）側に屈曲した偏向光路３０７を辿り、偏向した出射光３０６として結晶３０１から出射される。
【００４３】
電気光学偏向器において得られる上述の偏向量は結晶長に比例する。しかしながら、結晶を長くしようとすると、結晶の均一性の確保がより困難となる。また、結晶を長くすると、静電容量が大きくなるため制御電圧源３０４に要求される皮相電力が増加する。この結果、電気光学偏向器の高速駆動に障害を来す。このような種類の電気光学偏向器では、実際に必要な長さの結晶を用いる替わりに、内部反射による光路の折り返しを利用することによって、結晶長を増したのと等価な効果を得ることができる。
【００４４】
図５（ｂ）に、光路の折り返しを行う光偏向器の構成を示す。図５（ａ）で示したのと同様に、電気光学結晶３０１には、電極３０２および接地電極３０３が形成されている。中心光軸３０８に沿って入射した入射光３０５は、結晶３０１内を３回行き来した後で、初めて出射光３０６として外部に現れる。光路の折り返しを利用することにより、３倍長い結晶を用いた時に相当する偏向角が得られる。
【００４５】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）の側面図である。結晶３０１内での光路の折り返しのために、図５（ｃ）に示すように、入出射端面に、部分的に反射膜が付与されている。入射光３０５は、電気光学結晶３０１にその側面から見て斜めに入射し、出射端面Ａに達する。ここで、端面に付与された反射膜３１１によって反射され、光学結晶３０１内を逆行して再び入射端面に戻る。同様に、光線はこの入射端面で、端面に付与された反射膜３１２によって反射され、光学結晶３０１内を進行する。今度は、光線は、出射端面Ａ上の反射膜３１１の付与されていない箇所に達し、この箇所を透過して、出射光３０６として結晶から出射される。
【実施例１】
【００４６】
本実施例は、本発明の一実施形態にかかる波長可変光源の第１の構成に対応する。以下、本実施例の波長可変光源の動作を幾何学モデルに基づいて、平凹レンズから出射され回折格子に向かう光がコリメート光となるための条件を検討する。
【００４７】
図６に、電気光学偏向器と平凹レンズとの関係を示す。第１の構成において、電気光学偏向器４０４と平凹レンズ４０６とに着目した図である。
【００４８】
屈折率分布が２乗変化するレンズ（ＧＲＩＮロッドレンズ）の屈折率分布は、式４のようにかける。
【００４９】
【数４】
2013149850.tif 000006
【００５０】
この両辺の平方根をとった後、テーラ展開を行い、ｒの４乗以降の項を無視すると、
【００５１】
【数５】
2013149850.tif 000007
【００５２】
となり、ｎ0からのずれΔｎ（ｒ）は、
【００５３】
【数６】
2013149850.tif 000008
【００５４】
となる。式２と式６とを比較すると、どちらも距離の２乗に比例して屈折率が減少していることがわかる。すなわち、ＫＴＮからなる電気光学偏向器４０４のレンズ機能は、ＧＲＩＮロッドレンズとみなしてよい。式２と式６の２乗の係数を比較すると、
【００５５】
【数７】
2013149850.tif 000009
【００５６】
と考えればよいことがわかる。
【００５７】
非特許文献３にあるとおり、ＧＲＩＮロッドレンズにおいて、出射側端面から焦点までの距離ｓ2は、
【００５８】
【数８】
2013149850.tif 000010
【００５９】
と表すことができる。ここで、ｎ0はＧＲＩＮロッドレンズの屈折率、ｎ1はＧＲＩＮロッドレンズをとりまく媒質の屈折率（空気であれば１）、ＬはＧＲＩＮロッドレンズの長さである。また、平凹レンズの光線行列は、
【００６０】
【数９】
2013149850.tif 000011
【００６１】
とかける。ここで、ｎ2は平凹レンズの屈折率、ｎ1は平凹レンズをとりまく媒質の屈折率、ｔは平凹レンズの厚み、Ｒは平凹レンズの曲率である。
【００６２】
非特許文献３の式（２．２−２）を用いれば、平凹レンズの平面から入射側主面までの距離ｈ1は次のように書ける。
【００６３】
【数１０】
2013149850.tif 000012
【００６４】
また、ＧＲＩＮロッドレンズの端面と平凹レンズの平面との距離Ｊは、
ｈ2＋Ｊ＋ｈ1＝ｆKTN＋ｆL 
を満たしたとき、コリメート光を入力するとコリメート光が出力されるようになる。ここで、ｈ2はＧＲＩＮロッドレンズ端面から出射側主面までの距離であり、ｆL（＜０）は平凹レンズの焦点距離である。出射側端面から焦点までの距離ｓ2は、
ｓ2＝ｆKTN−ｈ2 
であることを使って整理すると、下記となる。
【００６５】
【数１１】
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【００６６】
すなわち、式１１を満たすように、ＧＲＩＮロッドレンズ（すなわち電気光学偏向器）と平凹レンズとを配置することにより、入出力がコリメート光となる。そのため、共振器に配置すると、回折格子にコリメート光が照射されるようになる。また、Ｊは平面間の距離であるため、簡便に距離を計測できるため、実装が簡便に行える。
【００６７】
上述の設計に基づき、１．３μｍ帯の波長可変光源を構築した。利得媒質を半導体光増幅チップとして用いた。偏向器として、電極間隔が１．５ｍｍ、結晶長が４ｍｍのＫＴＮ電気光学偏向器を用いた。図５（ｂ）に示した構成の反射膜で形成された折り返し光路を経て、光が出射される構成とした。そのため、結晶長Ｌは実質１２ｍｍとみなせる。直流５００Ｖを印加したところ、電荷密度ρ＝−６０Ｃ／ｍ3となった。ｎ0＝２．２１、ｇ＝０．１１１［ｍ4／Ｃ2］とすると、ｓ2＝１７．５ｍｍとなる。
【００６８】
また、平凹レンズとして焦点距離ｆL＝−１２．７ｍｍ、厚さｔ＝２ｍｍ、屈折率ｎ2＝１．５０４のレンズを用いた。従って、Ｊ＝３．４ｍｍとなり、ＫＴＮ電気光学結晶端面と平凹レンズの端面との距離がＪ＝３．４ｍｍとなるように、空気中（屈折率ｎ１＝１）にそれぞれ配置した。
【００６９】
ＫＴＮ電気光学偏向器に、ビーム直径約１ｍｍの光線を、電界に平行な直線偏光で入射した。また、平凹レンズからの出射光を刻線数６００ｍｍ-1、ブレーズ波長１．６μｍの回折格子に入射した。入射角θは、６３．１°に設定した。上述の構成によって、中心波長１３４０ｎｍにおいて発振が生じた。本実施例の波長可変光源の共振器長は６０ｍｍとした。
【００７０】
ＫＴＮ電気光学偏向器に±４００Ｖの電圧を印加すると、平凹レンズからの出力光は、全角１０５ｍｒａｄの範囲の偏向が生じた。それに伴い、光源の発振波長が７９ｎｍ変化した。また、コヒーレンス長は８ｍｍであった。
【００７１】
以上、ＫＴＮ電気光学偏向器について述べたが、ＫＬＴＮ電気光学偏向器についても同様の結果が得られた。
【００７２】
以上詳細に説明したように、本実施形態の波長可変光源は、平凹レンズを電気光学偏向器から特定の距離だけ離れた地点に配置することで、時間的コヒーレンス長が短くなることを抑制した波長変化動作が可能となる。また、平凹レンズの平面を電気光学偏向器に向けることで、実装が簡便となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、光学装置に利用できる。さらに、波長掃引測距あるいは光コヒーレンストモグラフィなどにも利用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１０１、２０１、６０１  利得媒質
１０２、２０２、６０２  コリメートレンズ
１０３、２０３、６０３  電気光学偏向器
１０４、２０４、３０４、６０４  制御電圧源
１０５、２０５  ２分の１波長板
１０６、２０６、６０６  回折格子
１１０、２１０、６１０  端面鏡
１１２、２１２、６１２  出力結合鏡
１１４、２１４、４１４  平凹レンズ
３０１  電気光学結晶
３１１、３１２  反射膜
【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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