(57)【要約】【課題】波長をプログラマブル且つ高速に変化させることができる波長可変光源を提供する。【解決手段】利得媒質１と、利得媒質１からの射出光を波長分散する分散素子２と、波長分散された光を当該光の分散方向と非平行な方向に走査する光偏向器３と、走査された光の一部を戻り光として反射する部分反射素子４とを備え、部分反射素子４への入射光が波長分散方向と走査方向との領域を持つ。【選択図】図１
2009218511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリメートレンズと、
前記コリメートレンズからの平行光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する分散走査手段と、
前記波長分散されるとともに前記走査された光の集光光の一部を戻り光として反射する部分反射手段とを備える波長可変光学系。
【請求項２】
前記部分反射手段は、前記分散方向及び走査方向の受光領域を有することを特徴とする請求項１記載の波長可変光学系。
【請求項３】
前記部分反射手段は、前記受光領域の一部に反射帯を設けること特徴とする請求項２記載の波長可変光学系。
【請求項４】
前記部分反射手段は、前記受光領域の走査方向に対して複数の反射帯を設けることを特徴とする請求項３記載の波長可変光学系。
【請求項５】
前記部分反射手段は、前記受光領域の分散方向に対して複数の反射帯を設けることを特徴とする請求項３記載の波長可変光学系。
【請求項６】
前記部分反射手段は、前記受光領域に設けられ、光の透過部を形成する空間光変調器と、空間光変調器を透過する光を反射する反射面とを有することを特徴とする請求項２記載の波長可変光学系。
【請求項７】
前記分散走査手段は、光を波長分散する分散素子と、光を走査する光偏向器とを有し、分散方向と走査方向とが非平行となるように前記分散素子と前記光偏向器とが配されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の波長可変光学系。
【請求項８】
前記光偏向器は、回転によって光の反射角を変化させる複数の反射面を有するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを回転させて走査速度を制御する駆動部とを有することを特徴とする請求項７記載の波長可変光学系。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれか１項記載の波長可変光学系と、
前記コリメートレンズ側の射出面に反射防止膜（ＡＲコート）が施された半導体レーザ媒質とを備える波長可変光源。
【請求項１０】
請求項１乃至８いずれか１項記載の波長可変光学系と、
光路となるループ状の光ファイバと、
第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバのループの一部に接続され、第３の端子が前記波長可変光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、
前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器と、
前記光ファイバのループの一部に接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出すカプラとを備える波長可変光源。
【請求項１１】
請求項１乃至８いずれか１項記載の波長可変光学系と、
広帯域光源と、
前記広帯域光源からの射出光の光路となる光ファイバと、
第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバの一部に接続され、第３の端子が前記波長可変光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、
前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器とを備える波長可変光源。
【請求項１２】
請求項１乃至８いずれか１項記載の波長可変光学系と、
光路となるループ状の光ファイバと、
第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバのループの一部に接続され、第３の端子が前記波長可変光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、
前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器と、
前記光ファイバのループの一部に接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出すカプラと
前記カプラからの射出光を測定光と参照光とに分ける分光手段と、
前記測定光が測定対象に照射されたときの反射光と前記参照光とを合波し、反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する画像取得手段とを備える光断層画像取得装置。
【請求項１３】
請求項４項記載の波長可変光学系と、
光路となるループ状の光ファイバと、
第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバのループの一部に接続され、第３の端子が前記波長可変光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、
前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器と、
前記光ファイバのループの一部に接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出すカプラと、
前記カプラからの２波長を用いて差周波数を発生させる差周波数発生部とを備える光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振波長を変化させることが可能な波長可変光学系及びこれを用いた光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発振波長を変化させることが可能な波長可変光源として、例えば、図２０に示すような構成のものが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。この波長可変光源では、ファイバ１０１からの出力をコリメートレンズ１０２にて平行光としてグレーティング１０３に照射し、グレーティング１０３からの回折光である分光出力をレンズ１０４でフォーカスしていわゆる分光器を構成し、フォーカス点にミラー１０５を設置している。また、ミラー１０５の直前には、ＬＣＭ（Liquid Crystal Modulator）等の空間光変調器１０６を設置して反射率や位相を空間的に変調し、透過した光を逆の光学系でファイバ１０１に戻している。そして、ＬＣＭ等の液晶素子の各画素のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えることにより、任意の波長を選択している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４８７６号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２７４７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５８３６８号公報
【特許文献４】特開２００６−８０３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＬＣＭ等の液晶素子は、応答速度が遅いため、高速に波長を走査することが困難であった。また、液晶素子の代わりに反射面を回転させ、光の一部を選択的に戻り光として反射させることにより、高速な走査を実現することができるが（例えば、特許文献３参照。）、２波長出力などのプログラマブルな走査を行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、これらの問題点を鑑みてなされたものであり、波長をプログラマブル且つ高速に変化させることができる波長可変光学系及びこれを用いた光源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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明に係る波長可変光学系は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する分散走査手段と、前記波長分散されるとともに前記走査された光の集光光の一部を戻り光として反射する部分反射手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係る波長可変光源は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する分散走査手段と、前記波長分散されるとともに前記走査された光の集光光の一部を戻り光として反射する部分反射手段とを備える波長可変光学系と、前記コリメートレンズ側の射出面に反射防止膜（ＡＲコート）が施された半導体レーザ媒質とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る波長可変光源は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する分散走査手段と、前記波長分散されるとともに前記走査された光の集光光の一部を戻り光として反射する部分反射手段とを備える波長可変光学系と、光路となるループ状の光ファイバと、第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバのループの一部に接続され、第３の端子が前記波長光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器と、前記光ファイバのループの一部に接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出すカプラとを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る波長可変光源は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する分散走査手段と、前記波長分散されるとともに前記走査された光の集光光の一部を戻り光として反射する部分反射手段とを備える波長可変光学系と、広帯域光源と、前記広帯域光源からの射出光の光路となる光ファイバと、第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバの一部に接続され、第３の端子が前記波長可変光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る光断層画像取得装置は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する分散走査手段と、前記波長分散されるとともに前記走査された光の集光光の一部を戻り光として反射する部分反射手段とを備える波長可変光学系と、光路となるループ状の光ファイバと、第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバのループの一部に接続され、第３の端子が前記波長可変光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器と、前記光ファイバのループの一部に接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出すカプラと、前記カプラからの射出光を測定光と参照光とに分ける分光手段と、前記測定光が測定対象に照射されたときの反射光と前記参照光とを合波し、反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する画像取得手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係る光源は、コリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する分散走査手段と、前記波長分散されるとともに前記走査された光の集光光の一部を戻り光として反射する受光領域を有し、当該受光領域の走査方向に対して複数の反射帯を設ける部分反射手段とを備える波長可変光学系と、光路となるループ状の光ファイバと、第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバのループの一部に接続され、第３の端子が前記波長可変光学系に接続され、各端子に入射される光の方向を制御するサーキュレータと、前記光ファイバのループの一部に接続され、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器と、前記光ファイバのループの一部に接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出すカプラと、前記カプラからの２波長を用いて差周波数を発生させる差周波数発生部とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、部分反射手段への入射光が波長分散方向と走査方向との領域を持つため、部分反射手段の自由な設計によりプログラマブル性が向上し、さらに高速性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る波長可変光学系の原理を説明するための図である。ここで、図１（Ａ）は波長可変光源の光学系をＸ軸方向から見た模式図であり、図１（Ｂ）はＹ軸方向から見た模式図である。
【００１４】
波長可変光源は、利得媒質１と、利得媒質１からの射出光を波長分散する分散素子２と、波長分散された光を当該光の分散方向と非平行な方向に走査する光偏向器３と、走査された光の一部を戻り光として反射する部分反射素子４とを備えている。また、光路には、コリメートレンズ５及びシリンドリカルレンズ６が配置されている。
【００１５】
利得媒質１は、一方の面を高反射膜とし、他方の面を低反射膜とし、他方の面を透過する光を分散素子２に射出する。この利得媒質１としては、半導体光増幅器、ファイバ増幅器等を用いることができる。
【００１６】
分散素子２は、波長毎に光の進行方向を変えて広範囲の波長の光を空間的に分散させる。この分散素子２としては、プリズム、回折格子、凹面回折格子、透過型回折格子等の素子を用いることができる。
【００１７】
光偏向器３は、波長分散された光を当該光の分散方向と非平行な方向に偏向する。すなわち、波長分散された光の配列方向と異なる方向に光を走査する。光偏向器３としては、ガルバノミラー、メムス、ポリゴンミラー、空間光変調器、音響光学素子、分散素子と光偏向素子とを組み合わせたもの等を用いることができる。また、この光偏向器３は、波長分散された光を当該光の分散方向と直交する方向に走査することが望ましい。これにより、部分反射素子４への光の走査領域が大きくなるため、プログラマブル性を向上させることができる。
【００１８】
部分反射素子４は、光の分散方向及び走査方向の受光面に部分的に反射コートが施され、他の部分にはＡＲ（反射防止）コートが施されている。この部分反射素子４に入射された光は、反射コートにより部分的に戻り光として反射される。
【００１９】
コリメートレンズ５は、利得媒質１からの出射光を平行光に変換するものである。また、シリンドリカルレンズ６，７は、入射光に対し、レンズの幅方向（曲率方向）に変化を与え、長さ方向には変化を与えずに線状のビームを形成する。シリンドリカルレンズ６は、焦点距離ｆ１を持ち、分散素子２までの距離及び部分反射素子４までの距離が焦点距離ｆ１となるように分散素子２と部分反射素子４との間に配置される。そして、分散素子２でＹ軸方向（分散方向）に分散された光を部分反射素子４に集光する。また、シリンドリカルレンズ７は、焦点距離ｆ２を持ち、偏向器３までの距離及び部分反射素子４までの距離が焦点距離ｆ２となるように偏向器３と部分反射素子４との間に配置される。そして、偏向器３でＸ軸方向（走査方向）に走査された光を部分反射素子４に集光する。
【００２０】
このような構成において、利得媒質１からの出射光は、コリメートレンズ５により平行光に変換され、分散素子２により波長毎にＹ軸方向に分散される。これらのＹ軸成分の光は、シリンドリカルレンズ６により集光され、部分反射素子４の受光面に到達する。一方、Ｘ軸成分の光は、光偏向器３によりＹ軸と直交するＸ軸方向に偏向され、シリンドリカルレンズ７により集光され、部分反射素子４の受光面に到達する。部分反射素子４により反射された所定波長の光は、戻り光として利得媒質１に到達する。
【００２１】
ここで、後述する具体例のように部分反射素子４の受光面に対して常に垂直に焦点を結ぶようにすることが好ましい。このように分散方向と非平行な方向に走査され、方向が２次元的に変化した光の焦点を、部分反射素子４の受光面に対して常に垂直に結ぶようにすることで、戻り光の強度を最大化することができる。
【００２２】
図２は、部分反射素子４の受光面への集光点の軌跡を模式的に示す図である。Ｙ軸方向の集光点の配列ａは、分散素子２により波長分散されたものであり、位置により波長が異なる。この配列ａは、例えば時間の関数に従って、光偏向器３によりＸ軸方向に移動する。したがって、部分反射素子４の受光面には波長と時間との受光領域が生じる。
【００２３】
このように走査領域が平面状となるため、部分反射素子４の受光面に所望の反射コートを施し、反射帯ｂを形成すだけで、プログラマブルな波長変化を実現することができる。すなわち、分散素子２によりＹ軸方向に分散された光を光偏向器３でＸ軸方向に走査し、また、部分反射素子４に反射帯ｂを形成することで、高速でプログラマブルに波長を変化させることができる。
【００２４】
なお、上述の構成では、部分反射素子４の受光面への集光及び戻り光の光偏向器３への集光にシリンドリカルレンズ６，７を用いたが、これに限るものではなく任意に設計可能である。
【００２５】
次に、部分反射素子４の構成例について、図３〜図８を参照して説明する。図３は、部分反射素子４の第１の構成例を示す図である。ここで、図３（Ａ）は部分反射素子４の受光面の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は部分反射素子４の構成例を示す図である。
【００２６】
部分反射素子４は、図３（Ｂ）に示すように反射防止コートの所定位置上に反射帯ｂを設けた部材４１と光吸収部４２とを備えている。部材４１の受光面には、図３（Ａ）に示すように集光点の配列ａの走査方向に短波長側から長波長側へ直線状に反射帯ｂが設けられている。集光点の配列ａは時間と共に走査方向に移動し、反射帯ｂ上の波長ａ１の光を戻り光として反射する。この第１の構成例によれば、１回の走査により波長が短波長から長波長へ時間と共に比例して変化させることができる。
【００２７】
図４は、部分反射素子４の第２の構成例を示す図である。ここで、図４（Ａ）は部分反射素子４の受光面の一例を示す図であり、図４（Ｂ）は部分反射素子４の構成例を示す図である。この第２の構成例は、反射帯ｂが曲線状である以外は、第１の構成例と同様であり、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
部分反射素子４の受光面には、図４（Ａ）に示すように集光点の配列ａの走査方向に短波長側から長波長側へ対数関数のように曲線状に反射帯ｂが設けられている。集光点の配列ａは時間と共に走査方向に移動し、反射帯ｂ上の波長の光ａ１を戻り光として反射する。この第２の構成例によれば、１回の走査により波長が短波長から長波長へ対数関数のように変化させることができる。
【００２９】
第１及び第２の構成例のような波長変化の関数は、例えば、調節ネジ、アクチュエータ等の調整手段により調整することができる。例えば、図５に示すような調整ネジ４３により固定された反射帯ｂにストレスを与えて歪みを与えることにより、関数を変化させることができる。
【００３０】
図６は、部分反射素子４の第３の構成例を示す図である。ここで、図６（Ａ）は部分反射素子４の受光面の一例を示す図であり、図６（Ｂ）は部分反射素子４の構成例を示す図である。この第３の構成例は、複数の反射帯ｂ１〜ｂ４が設けられている以外は、第１の構成例と同様であり、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
部分反射素子４の受光面には、図６（Ａ）に示すように集光点の配列ａの短波長側から長波長側へ４つの反射帯ｂ１〜ｂ４が並列して設けられている。集光点の配列ａは時間と共に走査方向に移動し、反射帯ｂ１〜ｂ４上の波長の光ａ１を戻り光として反射する。この第４の構成例によれば、１回の走査により４回反射帯ｂ１〜ｂ４をスキャンするため、波長の走査速度を向上させることができる。
【００３２】
図７は、部分反射素子４の第４の構成例を示す図である。ここで、図７（Ａ）は部分反射素子４の受光面の一例を示す図であり、図７（Ｂ）は部分反射素子４の構成例を示す図である。この第４の構成例は、走査方向に並列して２つの反射帯ｂ１，ｂ２が設けられている以外は、第１の構成例と同様であり、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
部分反射素子４の受光面には、図７（Ａ）に示すように集光点の配列ａの波長ａ１から長波長側へ反射帯ｂ１が波長ａ１から短波長側へ反射帯ｂ２がそれぞれ走査方向に並列して設けられている。集光点の配列ａは時間と共に走査方向に移動し、反射帯ｂ１、ｂ２上の波長の光をそれぞれ戻り光として反射する。この第４の構成例によれば、１回の走査により同時に２波長を出力することができる。また、波長分散方向にさらに複数の反射帯を設ければ、多波長の出力が可能となる。
【００３４】
図８は、部分反射素子の第５の構成例を示す図である。ここで、図８（Ａ）は部分反射素子４の受光面の一例を示す図であり、図８（Ｂ）は部分反射素子４の構成例を示す図である。
【００３５】
部分反射素子４は、図８（Ｂ）に示すように光空間変調器４４と反射鏡４５とを備えている。光空間変調器４４には、光を透過させるシャッターの役割する液晶素子、磁気素子、電気光学素子等を用いることができる。光空間変調器４４の素子面には、図８（Ａ）に示すように集光点の配列ａの走査方向に短波長側から長波長側へ直線状に光透過帯ｃが設けられている。この光透過帯ｃは、光空間変調器４４の集光点の走査面に形成されたものであり、時間と共に走査方向に移動する集光点を透過させ、反射鏡４５で反射した光を戻り光として透過させる。すなわち、光空間変調器４４を用いることにより、光透過帯ｃをプログラマブルに形成することができる。また、光空間変調器４４の応答速度に関係なく、波長の高速走査を行うことができる。
【００３６】
図３〜図８を参照して説明したように、部分反射素子４の自由な設計によりプログラマブル性が向上し、さらに高速性を向上させることができる。
【００３７】
以下、具体例を示してさらに詳細に説明する。  
〔具体例１〕  図９は、本実施の形態における第１の具体例を模式的に示す図である。ここで、図９（Ａ）は波長可変光源の光学系をＸ軸方向から見た模式図であり、図９（Ｂ）はＹ軸方向から見た模式図である。
【００３８】
第１の具体例として示す波長可変光学系は、分散素子２として反射型のグレーディング２１、光偏向器３としてポリゴンミラー３１を用いて構成される。すなわち、利得媒質１と、利得媒質１からの射出光を波長分散するグレーディング２１と、波長分散された光を当該光の分散方向と非平行な方向に走査するポリゴンミラー３１と、ポリゴンミラー３１を回転させる駆動モータ３２と、走査された光の一部を戻り光として反射する部分反射素子４とを備えている。グレーディング２１は、細かい等間隔スリット状又は溝状の格子構造の回折格子であり、この回折格子に光を入射すると、格子の間隔と光の波長で定まる方向に回折光束が生じる。ポリゴンミラー３１は、回転によって光の反射角を変化させる複数の反射面を有する。
【００３９】
また、光路には、コリメートレンズ５と、２つのシリンドリカルレンズ１１，１２が配置されている。一方のシリンドリカルレンズ１１は、焦点距離ｆ１１を持ち、グレーディング２１までの距離及び部分反射素子４までの距離が焦点距離ｆ１１となるようにグレーディング２１と部分反射素子４との間に配置される。そして、グレーディング２１によりＹ軸方向に波長分散された光を部分反射素子４の受光面で集光させる。また、他方のシリンドリカルレンズ１２は、焦点距離ｆ１２を持ち、ポリゴンミラー３１までの距離及び部分反射素子４までの距離が焦点距離ｆ１２となるようにポリゴンミラー３１と部分反射素子４との間に設置される。そして、ポリゴンミラー３１によりＸ軸方向に偏向された光を部分反射素子４の受光面で集光させる。
【００４０】
このような構成において、利得媒質１からの出射光は、コリメートレンズ５により平行光に変換され、グレーディング２１により波長毎にＹ軸方向に分散される。そして、これらの波長分散された光は、シリンドリカルレンズ１１により部分反射素子４に集光される。
コリメートレンズ５からのＸ成分の平行光は、ポリゴンミラー３１によりＹ軸と直交するＸ軸方向に偏向され、シリンドリカルレンズ１２により集光されて部分反射素子４の受光面に到達する。部分反射素子４により反射された所定波長の光は、戻り光として利得媒質１に到達する。このように分散素子２として反射型のグレーディング２１、光偏向器３としてポリゴンミラー３１を用いて構成することにより、高速に波長走査することができる。また、ポリゴンミラー３１の回転数を駆動モータ３２にて制御すれば、走査速度を簡単に制御することができる。
【００４１】
〔具体例２〕  図１０は、本実施の形態における第２の具体例を模式的に示す図である。ここで、図１０（Ａ）は波長可変光源の光学系をＸ軸方向から見た模式図であり、図１０（Ｂ）はＹ軸方向から見た模式図である。
【００４２】
第２の具体例として示す波長可変光源は、第１の具体例の波長可変光源のシリンドリカルレンズ１１，１２の代わりに、３つの集光レンズ（凸レンズ）１３，１４，１５を用いて構成したものである。すなわち、利得媒質１と、利得媒質１からの射出光を波長分散するグレーディング２１と、波長分散された光を当該光の分散方向と非平行な方向に走査するポリゴンミラー３１と、ポリゴンミラー３１を回転させる駆動モータ３２と、走査された光の一部を戻り光として反射する部分反射素子４とを備えている。２つの集光レンズ１３，１４は、グレーディング２１とポリゴンミラー３１の間に設置され、もう１つの集光レンズ１５は、ポリゴンミラー３１と部分反射素子４との間に設置されている。また、３つの集光レンズ１３，１４，１５は、それぞれ焦点距離ｆ１３，ｆ１４，ｆ１５を持ち、集光レンズ１３はグレーディング２１から焦点距離ｆ１３離れた位置に設置され、集光レンズ１４はポリゴンミラー３１から焦点距離ｆ１４離れた位置に設置され、集光レンズ１３と集光レンズ１４との距離が焦点距離ｆ１３と焦点距離ｆ１４との和となる位置に設置されている。また、集光レンズ１５はポリゴンミラー３１と部分反射素子４とそれぞれ焦点距離ｆ１５離れて設置されている。
【００４３】
このような構成において、利得媒質１からの出射光は、コリメートレンズ５により平行光に変換され、集光レンズ１３，１４により光束が反転されてポリゴンミラー３１に到達する。そして、反転された平行光は集光レンズ１５により部分反射素子４に集光される。すなわち、グレーディング２１により波長毎にＹ軸方向に分散された光は、ポリゴンミラー３１によりＹ軸と直交するＸ軸方向に偏向され、部分反射素子４の受光面に到達する。部分反射素子４により反射された所定波長の光は、戻り光として利得媒質１に到達する。このように分散素子２として反射型のグレーディング２１、光偏向器３としてポリゴンミラー３１を用い、さらに３つの集光レンズを用いて光学系を構成しても、高速に波長走査することができる。また、ポリゴンミラー３１の回転数を駆動モータ３２にて制御すれば、走査速度を簡単に制御することができる。
【００４４】
〔具体例３〕  図１１は、本実施の形態における第３の具体例を模式的に示す図である。ここで、図１１（Ａ）は波長可変光源の光学系をＸ軸方向から見た模式図であり、図１１（Ｂ）はＹ軸方向から見た模式図である。
【００４５】
第３の具体例として示す波長可変光源は、第１の具体例の波長可変光源のグレーディング２１とポリゴンミラー３１とを入れ替え、波長分散と走査との順番を入れ替えて構成したものである。すなわち、利得媒質１と、利得媒質１からの射出光を所定方向に偏向するポリゴンミラー３１と、ポリゴンミラー３１を回転させる駆動モータ３２と、偏向された光を所定方向と非平行な方向に波長分散するグレーディング２１と、波長分散された光の一部を戻り光として反射する部分反射素子４とを備えており、２つのシリンドリカルレンズ１６，１７が、グレーディング２１と部分反射素子４の間に設置されている。一方のシリンドリカルレンズ１６は、焦点距離ｆ１６を持ち、グレーディング２１と部分反射素子４の間にそれぞれ焦点距離ｆ１６離れて設置され、ポリゴンミラー３１によりＸ軸方向に偏向された光を部分反射素子４の受光面で集光させる。また、他方の集光レンズ１７は、焦点距離ｆ１７を持ち、グレーディング２１と部分反射素子４の間にそれぞれ焦点距離ｆ１７離れて設置され、グレーディング２１によりＹ軸方向に波長分散された光を部分反射素子４の受光面で集光させる。
【００４６】
このような構成において、利得媒質１からの出射光は、コリメートレンズ５により平行光に変換され、ポリゴンミラー３１によりＸ軸方向に偏向され、集光レンズ１６により部分反射素子４の受光面に集光される。一方、平行光のＹ成分の光は、グレーディング２１により波長毎にＹ軸方向に分散され、集光レンズ１７により部分反射素子４の受光面に到達する。部分反射素子４により反射された所定波長の光は、戻り光として利得媒質１に到達する。このように波長分散と走査との順番を入れ替えて構成しても、高速に波長走査することができる。
【００４７】
〔具体例４〕  図１２は、本実施の形態における第４の具体例を模式的に示す図である。ここで、図１２（Ａ）は波長可変光源の光学系をＸ軸方向から見た模式図であり、図１２（Ｂ）はＹ軸方向から見た模式図である。
【００４８】
第４の具体例として示す波長可変光源は、第１の具体例の波長可変光源の部分反射素子４をシリンドリカル凹面構造素子１９としたものである。シリンドリカル凹面構造素子１９は、シリンドリカル凹面構造の受光面を有している。そして、受光面を図３〜図８に示すように自由に設計することによりプログラマブル性を向上させることができる。
【００４９】
この波長可変光源は、利得媒質１と、利得媒質１からの射出光を波長分散するグレーディング２１と、波長分散された光を当該光の分散方向と非平行な方向に走査するポリゴンミラー３１と、ポリゴンミラー３１を回転させる駆動モータ３２と、走査された光の一部を戻り光として反射するシリンドリカル凹面構造素子１９とを備えている。また、光路には、コリメートレンズ５と、集光レンズ１８が配置されている。集光レンズ１８は、焦点距離ｆ１８を持ち、グレーディング２１とポリゴンミラー３１の間に設置され、グレーディング２１によりＹ軸方向に波長分散された光がシリンドリカル凹面構造素子１９の受光面で集光するように設置されている。すなわち、グレーディング２１から集光レンズ１８までの光路長と集光レンズからシリンドリカル凹面構造素子１９までの光路長とが集光距離ｆ１８となるように配置されている。
【００５０】
このような構成において、利得媒質１からの出射光は、コリメートレンズ５により平行光に変換され、グレーディング２１により波長毎にＹ軸方向に分散される。そして、これらの波長分散された光は、集光レンズ１８を介してポリゴンミラー３１によりＹ軸と直交するＸ軸方向に偏向され、シリンドリカル凹面構造素子１９の受光面に集光される。シリンドリカル凹面構造素子１９により反射された所定波長の光は、戻り光として利得媒質１に到達する。このように部分反射素子４としてシリンドリカル凹面構造素子１９を用いて構成することにより、装置を小型化することができる。なお、部分反射素子４としてシリンドリカル凹面構造素子１９の代わりにスリットと凹面鏡とを組み合わせても同様に波長可変させることができる。
【００５１】
〔具体例５〕  図１３は、本実施の形態における第５の具体例を模式的に示す図である。ここで、図１５（Ａ）は波長可変光源の光学系をＸ軸方向から見た模式図であり、図１５（Ｂ）はＹ軸方向から見た模式図である。
【００５２】
第５の具体例として示す波長可変光源は、第１の具体例の波長可変光源のグレーディング２１とポリゴンミラー３１の機能が一体化した回折格子付ポリゴンミラー３３を用いて構成したものである。回折格子付きポリゴンミラー３３は、例えば、ポリゴンミラーに微細な溝が平行に刻まれている。
【００５３】
この波長可変光源は、利得媒質１と、利得媒質１からの射出光を波長分散するとともに分散方向と非平行な方向に走査する回折格子付ポリゴンミラー３３と、回折格子付ポリゴンミラー３３を回転させる駆動モータ３２と、走査された光の一部を戻り光として反射する部分反射素子４とを備えている。また、光路には、コリメートレンズ５と、集光レンズ２０が配置されている。集光レンズ２０は、利得媒質１と回折格子付ポリゴンミラー３３の間に設置され、回折格子付ポリゴンミラー３３によりＸ軸方向に偏向されると共にＹ軸方向に波長分散された光が、部分反射素子４の受光面で集光するように設置されている。すなわち、集光レンズ２０は、回折格子付ポリゴンミラー３３と部分反射素子４との間にそれぞれ焦点距離ｆ２０離れて配置されている。
【００５４】
このような構成において、利得媒質１からの出射光は、コリメートレンズ５により平行光に変換され、回折格子付ポリゴンミラー３３により波長毎にＹ軸方向に分散されるとともにＹ軸と直交するＸ軸方向に偏向され、集光レンズ２０により部分反射素子４の受光面に集光される。部分反射素子４により反射された所定波長の光は、戻り光として利得媒質１に到達する。このようにグレーディング２１とポリゴンミラー３１の機能が一体化した回折格子付ポリゴンミラー３３を用いて構成することにより、装置を小型化することができる。
【００５５】
続いて、本実施の形態における波長可変光学系の適用例について説明する。  
〔適用例１〕  図１４は、本発明の第１の適用例を示す図である。これは利得媒質１として半導体レーザ媒質８０を用いてレーザ装置を構成したものである。半導体レーザ媒質８０のコリメートレンズ５側の射出面には、反射防止膜（ＡＲコート）が施されている。また、半導体レーザ媒質８０のコリメートレンズ５の逆側には、例えば、光結合用のレンズ８１が配置される。なお、この適用例では、上述した第１の具体例の波長可変光学系の構成を用いており、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。また、第１の具体例に限られず、他の具体例を用いても構わない。
【００５６】
このレーザ装置は、半導体レーザ媒質１１と部分反射素子４とで外部共振器の両端部を構成し、レンズ８１から戻り光の波長のレーザ光が射出される。
【００５７】
〔適用例２〕  図１５は、本発明の第２の適用例を示す図である。これは利得媒質１としてファイバ増幅器を用いて波長走査型ファイバレーザ光源を構成したものである。なお、この適用例では、上述した第１の具体例の波長可変光学系の構成を用いており、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。また、第１の具体例に限られず、他の具体例を用いても構わない。
【００５８】
この波長走査型ファイバレーザ光源は、ファイバループ８３を構成し、このファイバループの一部にサーキュレータ８２と、入力光を増幅して出力する半導体光増幅器（SOA: Semiconductor Optical Amplifier）８４と、カプラ８５とを設けている。サーキュレータ８２は、光ファイバを透過する光の方向を規制するものであり、第１の端子及び第２の端子が光ファイバのループの一部に接続され、第３の端子がコリメータレンズ５に接続された導波用光ファイバと接続されている。カプラ８５は、ファイバループの光の一部を抽出して出力する。
【００５９】
〔適用例３〕  図１６は、本発明の第３の適用例を示す図である。これは利得媒質１としてＳＬＤ（Superluminescence Diodes）を用いて非レーザ光源を構成したものである。なお、この適用例では、上述した第１の具体例の波長可変光源の構成を用いており、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。また、第１の具体例に限られず、他の具体例を用いても構わない。
【００６０】
この非レーザ光源は、広帯域光源であるＳＬＤ（Superluminescence Diodes）９０と、サーキュレータ８２と、半導体光増幅器（SOA: Semiconductor Optical Amplifier）８４とを備えている。ＳＬＤは、光路となる光ファイバと接続される。サーキュレータ８２は、光ファイバを透過する光の方向を規制するものであり、第１の端子及び第２の端子が前記光ファイバの一部に接続され、第３の端子がコリメータレンズ５に接続された導波用光ファイバと接続されている。半導体光増幅器８４は入力光を増幅して出力する。この非レーザ光源によれば光源が広帯域のため、広帯域の波長可変を実現することができる。
【００６１】
〔適用例４〕  図１７は、本発明の第４の適用例を示す図である。この第４の適用例は、上記第２の適用例の波長走査型ファイバレーザ光源を用いてＳＳ−ＯＣＴ（swept source optical coherence tomograph）装置を構成したものである。ＯＣＴ装置は、光源から射出されたコヒーレンス光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである。
【００６２】
ＳＳ−ＯＣＴ装置８６は、光源から射出される光の周波数を時間的に変化させながら干渉光の光検出を行うものであり、マイケルソン型干渉計を用いて、光源から射出されるレーザ光の周波数を時間的に変化させながら反射光と参照光との干渉を行う。そして、光周波数領域のインターフェログラムから所定の測定対象の深さ位置における反射強度を検出し、断層画像を生成する。つまり、ＳＳ−ＯＣＴ装置８６は、周波数が時間的に変化するカプラ８５からの光を入力し、ファイバカプラ等を用いて測定光と参照光とに分け、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する。
【００６３】
〔適用例５〕  図１８は、本発明の第５の適用例を示す図である。この第５の適用例は、差周波数発生部８７を用いて光源を構成したものである。この光源は、例えば、３００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの範囲の周波数のテラヘルツ光を出力するものである。テラヘルツ光は、１ｍｍ〜３０μｍの波長範囲に該当し、布や紙といった可視光の通らない種々の材料を透過することができる一方、水や有機物質のような一般に透過性が高いとされる物質には吸収されるといった特性を有している。
【００６４】
この光源は、２つのレーザ周波数（ν０）と（ν１）の差周波数（νＴＨｚ）をマイクロ波（ｆｍ）に位相同期することにより、フェイズロックされた安定な差周波数を発生させることができる。すなわち、第５の適用例では、波長可変光学系から２波長を発生させ、カプラ８５からの２波長を用いて差周波数発生部８７にて差周波数を発生させる。具体的には、図７（Ａ）に示すように部分反射素子４の受光面に集光点の配列ａの波長ａ１から長波長側へ反射帯ｂ１が波長ａ１から短波長側へ反射帯ｂ２をそれぞれ走査方向に並列して設け、１回の走査により同時に２波長を出力できるようにする。
【００６５】
〔適用例６〕  図１９は、本発明の第６の適用例を示す図である。この第６の適用例は、波長可変光学系による１波長と１波長発生光源８８からの１波長とから差周波数を発生させる光源を構成したものである。すなわち、カプラ８５からの１波長と１波長発生光源８８からの１波長とを合波カプラ８９にて合波し、差周波数発生部８７にて差周波数を発生させる。
【００６６】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る波長可変光源の原理を説明するための図である。
【図２】部分反射素子の受光面への集光点の軌跡を模式的に示す図である。
【図３】部分反射素子の第１の構成例を示す図である。
【図４】部分反射素子の第２の構成例を示す図である。
【図５】部分反射素子における調整手段の構成例を示す図である。
【図６】部分反射素子の第３の構成例を示す図である。
【図７】部分反射素子の第４の構成例を示す図である。
【図８】部分反射素子の第５の構成例を示す図である。
【図９】波長可変光源の第１の具体例を模式的に示す図である。
【図１０】波長可変光源の第２の具体例を模式的に示す図である。
【図１１】波長可変光源の第３の具体例を模式的に示す図である。
【図１２】波長可変光源の第４の具体例を模式的に示す図である。
【図１３】波長可変光源の第５の具体例を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の第１の適用例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の適用例を示す図である。
【図１６】本発明の第３の適用例を示す図である。
【図１７】本発明の第４の適用例を示す図である。
【図１８】本発明の第５の適用例を示す図である。
【図１９】本発明の第６の適用例を示す図である。
【図２０】従来の波長可変光源の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  利得媒質、２  分散素子、３  光偏向器、４  部分反射素子、５  コリメートレンズ、６，７  シリンドリカルドルレンズ、２１  グレーディング、３１  ポリゴンミラー
【図１】
2009218511.tif 000003
【図２】
2009218511.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009218511.tif 000006
【図５】
2009218511.tif 000007
【図６】
2009218511.tif 000008
【図７】
2009218511.tif 000009
【図８】
2009218511.tif 000010
【図９】
2009218511.tif 000011
【図１０】
2009218511.tif 000012
【図１１】
2009218511.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2009218511.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2009218511.tif 000018
【図１７】
2009218511.tif 000019
【図１８】
2009218511.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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