(57)【要約】      （修正有）【課題】狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、必要とする光アイソレータの数を削減し、光アイソレータにおける光損失によるノイズの上昇を小さくした波長走査型のレーザ光源を提供する。【解決手段】近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１Ａ，１１Ｂと発振波長に利得を有する光増幅器１２と出力光を取り出すための光学カップ等１４とを光ファイバ接続して構成したレーザ発振の光路と、一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５とを備え、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなり、上記共振器長制御部１５により与えられる周期的な走査信号により通過する光を光変調する。【選択図】図１
2009016396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなる２台のファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバ接続して構成したレーザ発振の光路と、
上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部とを備え、
上記２台のファブリペロー電気光学変調器の内の少なくとも一方で上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により通過する光を光変調することを特徴とする波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項２】
上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項３】
上記２台のファブリペロー共振器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項１記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項４】
上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項５】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなることを特徴とする請求項１記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項６】
空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と上記ファブリペロー電気光学変調器から出射させた光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバ接続して構成したレーザ発振の光路と、
上記ファブリペロー電気光学変調器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部とを備え、
上記ファブリペロー電気光学変調器は、互いに直交する偏光成分の光それぞれに対して近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器として機能し、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により、互いに直交する偏光成分の光それぞれを変調することを特徴とする波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項７】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項６記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項８】
上記ファブリペロー共振器は、上記電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項６記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項９】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項１０】
上記ファブリペロー電気光学変調器は、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなることを特徴とする請求項６記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【請求項１１】
上記共振器長制御部が上記ファブリペロー共振器に与える上記周期的な走査信号の波形を調整することにより、上記光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正されていることを特徴とする請求項６記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単光性の光を発生してその発光波長を周期的に走査する波長走査型ファイバレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を測定対象に照射し測定対象を分析する分析装置の光源として、広帯域の光源が用いられている。分光分析では広帯域の光を測定対象に投光し、その反射光や透過光を回折格子等で波長成分に空間的に分解したり、干渉計で周波数成分にフーリエ変換して分析する手法が広く用いられている。このような光源としては、例えば白色光源やエルビウムドープドファイバ（ＥＤＦ）を用いたＡＳＥ光源等があった。しかしこのような分光分析では、波長に対する光出力強度密度が低いため、分光において利用できる光のレベルが小さい。そのためフーリエ変換の分析をしても検出光信号がノイズに埋もれてしまい、分析が難しいという欠点があった。
【０００３】
分析装置の光源として、強いレベルの単一スペクトルの光を所望の帯域で変化させる波長可変型の光源を用いる方法もある。これは単光性の強い光の波長を変化させて測定対象に照射し、測定対象を透過したり、又は反射する光をそのまま受光素子で受光するものである。この方法では、光源の波長に対する光強度密度が高いので、検出光のレベルと信号対ノイズ比が十分に高く、十分な測定精度を実現できる。
【０００４】
従来の波長可変型の光源には外部共振器型レーザやファイバーリングレーザー、レーザ素子内に波長可変機構を設けたタイプがある。外部共振器型レーザは、ゲイン媒質、例えば半導体レーザを用い、その半導体レーザの一方の端面と外部のミラーとの間で外部共振器を形成し、外部共振器の中に回折格子等による波長可変フィルタを設けることによって発振波長を変化させ、波長可変型の光源を得るようにしたものである。
【０００５】
外部共振器型レーザ光源では、外部共振器長は例えば５０ｍｍと比較的小さく、縦モード間隔は例えば３ＧＨｚとなる。従って単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。そのため単一モードで連続的に波長を可変し、しかも出力を安定とするためには、外部共振器長をピエゾ素子等を用いて微妙に制御しなければならず、複雑な制御が必要となる。また、機械的な動作を伴い、波長と外部共振器長とを同期させて制御するため、高速で波長を変化させることが難しいという欠点があった。
【０００６】
従来より、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした波長走査型のファイバレーザ光源として、光ファイバーループに発振波長にゲインを有するゲイン媒体と光サーキュレータを設け、光サーキュレータで取り出された光をコリメートレンズで拡大し、その光軸上に設けたポリゴンミラーを回転させ、ポリゴンミラーで反射された光の受光位置に入射光と同一方向に光を反射するリトロー構成とした回折格子を設けた構成の波長走査型ファイバレーザ光源が提案されている。この波長走査型ファイバレーザ光源では、回折格子への入射角度によって選択波長が変化し、２回の入射により選択度が増すので、高速でポリゴンミラーを回転させて選択波長を変化させても、狭帯域のままで発振波長を変化させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、従来より、エルビウムドープドファイバを用いたリングレーザによる波長可変光源も提案されている。この波長可変光源１０００は、例えば図２３に示すように、エルビウムドープドファイバ（ＥＤＦ）をゲイン媒体とするファイバアンプ１１１２を用い、その光ファイバーループ１１１３内に波長可変型のバンドパスフィルタ１１１４を設けて、このバンドパスフィルタ１１１４の波長を変化させることによって、光ファイバーループ１１１３に接続した光カップラ１１１５を介して取り出されるレーザ光の波長を可変するようにしたものである。この場合には光ファイバーループ１１１３の共振器長を例えば３０ｍと長くできるため、縦モード間隔を狭くすることができる。そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタ１１１４の選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
さらに、レーザ素子内に波長可変機構を設けたタイプでは、利得を生み出す活性領域と、回折格子による反射を生み出すＤＢＲ領域とが、同一レーザ素子内に形成されたＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg reflector laser diode）が提案されている。このＤＢＲ−ＬＤの波長可変範囲は、最高でも１０ｎｍ程度である。また、利得を生み出す活性領域とこれを前方と後方で挟むＤＢＲ領域とが同一レーザ素子内に形成された、不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤが提案されている。前方と後方のＤＢＲ領域は、不均一回折格子によって多数の反射ピークが発生し、かつ反射ピークの間隔が前方と後方で僅かにずれている。この構造によっていわゆる「バーニア効果」が得られるので、極めて広い波長可変が可能となる。この不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤでは、１００ｎｍを越える波長可変動作が実現されている。この不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤでは、１００ｎｍを越える波長可変動作及び４０ｎｍの準連続波長可変動作が実現されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２３７３５９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７８７７０号公報
【非特許文献１】YAMASHITA ET AL., IEEE JOURAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.7, NO.1 JANUARY/FEBRUARY 2001, PP41〜43
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、波長可変光源を分析装置の光源として用いる場合には、高速で波長を変化させること、及び発振スペクトルの幅を狭くすることが必要であり、これに応じた特性がバンドパスフィルタにも要求される。例えば光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）において、高速の波長走査が利用可能になると、高速の画像処理、血流観測、酸素飽和濃度の変化等の動的な解析が可能となるので、このような装置が要求されている。
【００１１】
上記特許文献１の開示技術を採用した製品として、例えば、ｓａｎｔｅｃ株式会社より、最高２０ｋＨｚのスキャンレートで波長を繰り返し走査することのできる波長スキャニングレーザー光源ＨＳＬ−２０００が提供されている。しかし現状では、波長走査の周期として２０ｋＨｚが実用化になっているに過ぎない。
【００１２】
これでは光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）により立体画像を得るのに数秒の時間を必要としてしまう。
【００１３】
また、上記特許文献２に記載されているように、ＤＢＲ−ＬＤでは、ＤＢＲ領域にキャリア注入を行うことにより、この部分での屈折率を変化させて、波長可変動作を実現している。このため、電流注入により結晶欠陥が増殖すると、電流注入に対する屈折率変化の割合が著しく変動するので、長期に渡り安定な波長でのレーザ発振を維持することが難しい。更に、現状の化合物半導体のプロセス技術では、２インチ以上のインチアップは不可能である。そのため、複雑化してサイズの大きくなったレーザ素子では、現状以上の価格低減が難しい。だからといって１ｍｍ以下の小型な素子だと縦モード間隔が大きく、例えば１００ＧＨｚであり、高速で波長を変化させるような単に波長可変フィルタの波長を変えただけだと縦モード間隔ごとのとびとびの波長可変動作となる。このような大きなとびとびの波長可変動作は光コヒーレンストモグラフィへの応用としては大きすぎる。さらに単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。
【００１４】
さらに、上記特許文献２の開示技術では、リング型の光共振器で複数の光共振器を波長フィルタに採用した構成であり、バーニア効果によって波長可変が可能であるが、ヒータによる波長可変であり、高速走査に適していない。また同じ基板上にある複数のリング型の光共振器の共振器長をそれぞれ調整することが難しい。またリング型の光共振器を含むレーザ全体の長さが短いので単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。
【００１５】
そこで、本件出願人は、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした波長走査型のレーザ光源として、例えば、図２４に基本的な構成を示すように、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１０１１と、上記光ファイバーループ１０１１内に設けられ、発振する波長に利得を有する光増幅器１０１２と、上記光ファイバーループ１０１１内に設けられ、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂと、上記光ファイバーループ１０１１に接続され、当該光ファイバーループ１０１１を通過する光の一部を取り出す光学カップラ１０１４と、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１０１３Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１０１５とを備えてなる波長走査型ファイバレーザ光源１０００を特願２００７−１８１６８として先に提案している。
【００１６】
なお、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１０１１を通過する光の偏光の状態を決定するために偏光子がループ内に挿入される。
【００１７】
この波長走査型ファイバレーザ光源１０００において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１０１３Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することができるようになっている。
【００１８】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂは、一方のファブリペロー共振器１０１３Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【００１９】
この波長走査型ファイバレーザ光源１０００では、光ファイバーループ１０１１内に設けられた上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が発振波長に利得を有する光増幅器１０１２で増幅され、上記光ファイバーループ１０１１を介して帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型ファイバレーザ光源１０００では、上記ファブリペロー共振器１０１３Ａの共振器長を共振器長制御部１０１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１０１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【００２０】
なお、上記光ファイバーループ１０１１からレーザ光を取り出す光学カップラ１４は、光増幅器１０１２の後に設けられているが、光増幅器１０１２の前、あるいは、２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂの間に設けられていてもよい。
【００２１】
このような構成の波長走査型ファイバレーザ光源１００では、光ファイバーループ１０１１の共振器長を長くすることができ、光ファイバーループ１０１１の共振器長を例えば１０００ｍとすることにより、レーザ全体の縦モード間隔を例えば２００ｋＨｚ程度に狭くすることができる。これにより、上記レーザ全体の縦モード間隔は各ファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂの一つ一つのモードの帯域幅（ＦＳＲ／フィネス、例えば２．５ＧＨｚ／５０＝５０ＭＨｚ）よりも十分狭くできるので、そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【００２２】
ここで、通常の光共振器の透過スペクトルを図２５の（Ａ），（Ｂ）に示す。横軸は光の周波数であり、ＦＳＲ＝１として規格化して、１００×ＦＳＲの範囲をしめしている。ＦＳＲ毎の１００本のモードが見て取れる。なお、図２５の（Ｂ）は、図２５の（Ａ）の拡大図である。
【００２３】
図２６の（Ａ）〜（Ｇ）は、ＦＳＲが１％異なる光共振器を２台縦列接続した場合の透過スペクトルを示している。それぞれの横軸は図２５の（Ａ）と同じであるが、２台の光共振器のそれぞれのモード間隔が異なるためにバーニア効果を起こして、ＦＳＲが小さなモードで構成させるスペクトルの包絡線はＦＳＲが大きな光共振器と同等になる。１％のＦＳＲの違いはモアレ縞の包絡線のＦＳＲを１００倍にする。また、共振器長を波長程度変えると、ピークがモアレ縞の包絡線のＦＳＲだけ変化することがわかる。なお、図２６の一部の拡大図を図２７に示す。
【００２４】
したがって、ＦＳＲの小さい光共振器を用いたとしても２台の光共振器のスペクトルのバーニア現象を利用すれば、モアレ縞の包絡線のＦＳＲは、２台の光共振器のＦＳＲの違いに反比例して、大きくなる。
【００２５】
すなわち、ＦＳＲの小さい光共振器を用いたとしても２台の光共振器のスペクトルのバーニア現象を利用することにより、波長可変レーザ光源を構成することができる。
【００２６】
この場合、２台の光共振器のＦＳＲに相当する間隔でレーザの波長はＦＳＲ（例えば２．５ＧＨｚ）ごとのとびとびになるが、光ＣＴ等の応用の場合、深さ方向の測定範囲がｃ／ＦＳＲ（約１０ｃｍ）よりも十分狭い範囲であれば擬似的に連続して波長可変と見なすことができる。
【００２７】
また、光共振器にＬＮ（LiNbO３）等の電気的に屈折率可変な材料で構築したファブリペロー共振器に電極を付けた構造のファブリペロー電気光学変調器（または  光コム発生器）と呼ばれる変調器を用いることで電気光学効果により波長可変が行える。電気的な変調であるのでリニアリティーや再現性も優れている。
【００２８】
そこで、上記波長走査型ファイバレーザ光源１０００における共振器長が可変されるファブリペロー共振器１０１３Ａには、ファブリペロー電気光学変調器が用いられる。そして、ファブリペロー電気光学変調器に上記共振器長制御部１０１５により鋸歯状波等の周期的な信号を与えて光変調することで、上記波長走査型ファイバレーザ光源１０００の発振波長を高精度に且つ高速に走査することができる。
【００２９】
上記２台のファブリペロー共振器１０１３Ａ，１０１３Ｂにファブリペロー電気光学変調器１０１３Ａ’，１０１３Ｂ’を用いた波長走査型ファイバレーザ光源１０００の実際の構成例を図２８に示す。
【００３０】
現在市販されているファブリペロー電気光学変調器は反射があるので、図２８に示す波長走査型ファイバレーザ光源１０００では、アイソレータ１０１７Ａ，１０１７Ｂ，１０１７Ｃ，１０１７Ｄを挿入している。また、遅延線１０１８を挿入している。例えば遅延線は１ｋｍのファイバである。これにより光ファイバーループ１０１１を光が一周する時間は５μｓとなるので、２００ｋＨｚの周期でのモード間隔になる。この波長走査型ファイバレーザ光源１０００全体の系は偏波保存で構築され、レーザ発振の光路となる光ファイバーループ１０１１を通過する光の偏光の状態を決定するために偏光子１０１９が光増幅器１０１２とアイソレータ１０１７Ｃと間に挿入されている。なお、遅延にはファラデーミラーとＳＭファイバとＰＢＳカップラを用いても可能である。走査周波数はこの２００ｋＨｚの整数倍で可能になる。
【００３１】
ここで、上記波長走査型ファイバレーザ光源１０００における光増幅器１０１２、ファブリペロー共振器１０１３Ａ’，１０１３Ｂ’、光カップラ１０１４として、波長１．５μｍ帯用の、光ファイバアンプＥＦＤＡ、２台のコム発生器モジュールＯＦＣＧ１，ＯＦＣＧ２、光カップラＰＣを使用して、図２９に示すファイバーリングレーザーを構成し、コム発生器モジュールＯＦＣＧ１へのバイアス電圧による波長可変特性を測定したところ、高速波長走査可能な走査型レーザ光源として機能しており、図３０に示すような結果が得られた。
【００３２】
しかしながら、上述の如き構成の波長走査型ファイバレーザ光源２０００では、２台の導波路型ファブリペロー電気光学変調器２０１３Ａ’，２０１３Ｂ’を必要とし、各導波路型ファブリペロー電気光学変調器２０１３Ａ’，２０１３Ｂ’の入出力に光アイソレータ１０１７Ａ，１０１７Ｂ，１０１７Ｃを設けて、反射光の影響を防止しなければならず、また、光アイソレータにおける光損失により、ノイズが大きくなってしまうという問題点があった。
【００３３】
また、光アイソレータが機能を発揮する帯域の問題があった。すなわち、アイソレーションが有効に働く帯域に制限があるため、より広い波長範囲で波長可変を行うとき、アイソレーションが劣化した帯域で光コムから反射があると干渉が起こってノイズが大きくなってしまう、あるいは波長が正確に可変できなくなってしまう。
【００３４】
そこで、本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、必要とする光アイソレータの数を削減し、光アイソレータにおけるノイズの上昇を小さくした波長走査型のレーザ光源を提供することを目的とする。
【００３５】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明に係る波長走査型ファイバレーザ光源は、互いに近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなる２台のファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバ接続して構成したレーザ発振の光路と、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器の内の少なくとも一方のファブリペロー共振器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部とを備え、上記２台のファブリペロー電気光学変調器の内の少なくとも一方で上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により通過する光を光変調することを特徴とする。
【００３７】
本発明に係る波長走査型ファイバレーザ光源は、空間のファブリペロー共振器に電気光学結晶を内在させてなるファブリペロー電気光学変調器と発振波長に利得を有する光増幅器と上記ファブリペロー電気光学変調器から出射させた光の偏光方向を９０°回転させる偏光変換素子と出力光を取り出すための光学素子とを光ファイバ接続して構成したレーザ発振の光路と、上記ファブリペロー電気光学変調器の共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部とを備え、上記ファブリペロー電気光学変調器は、互いに直交する偏光成分の光それぞれに対して近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器として機能し、上記共振器長制御部により与えられる周期的な走査信号により、互いに直交する偏光成分の光それぞれを変調することを特徴とする。
【００３８】
本発明に係る波長走査型ファイバレーザ光源において、上記２台のファブリペロー電気光学変調器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でリング型共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００３９】
また、本発明に係る波長走査型ファイバレーザ光源において、上記ファブリペロー共振器は、例えば、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器でＶ型共振を得るようにしたＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４０】
また、本発明に係る波長走査型ファイバレーザ光源において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、それぞれ、電気光学結晶を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡の曲率を設定した共焦点のファブリペロー電気光学変調器からなる。
【００４１】
さらに、本発明に係る波長走査型ファイバレーザ光源において、上記ファブリペロー電気光学変調器は、例えば、ファブリペロー共振器を構成する凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明では、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、必要とする光アイソレータの数を削減し、光アイソレータによるノイズの上昇を小さくした波長走査型のレーザ光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例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で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００４４】
本発明に係る波長走査型ファイバレーザ光源１０は、先に提案している波長走査型ファイバレーザ光源を改良したものであって、その基本的な構成を図１に示すように、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂと、発振波長に利得を有する光増幅器１２と、この光増幅器１２に偏光子１９とアイソレータ１３を介して光ファイバ接続された光学カップラ１４と、上記２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１１Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５とを備え、上記光学カップラ１４が光共振器の共振モードにマッチングするように設計されたコリメータと凸レンズからなる入射側光学系１６Ａを介して一方のファブリペロー共振器１１Ａにファイバ接続され、一方のファブリペロー共振器１１Ａが光共振器の共振モードにマッチングするように設計された凸レンズとコリメータからなる出射側光学系１６Ｂと光共振器の共振モードにマッチングするように設計されたコリメータと凸レンズからなる入射側光学系１７Ａを介して他方のファブリペロー共振器１１Ｂにファイバ接続され、さらに、他方のファブリペロー共振器１１Ｂがコリメータの機能を有する出射側光学系１７Ｂを介して上記光増幅器１２にファイバ接続されたレーザ発振の光路となる光ファイバーループを有するファイバーリングレーザーを構成したものである。
【００４５】
ここで、偏光子１９は、レーザ発振の光路となる光ファイバーループを通過する光の偏光の状態を決定するためのものであって、基本的にループ内のどの位置に挿入してもよい。
【００４６】
そして、この波長走査型ファイバレーザ光源１０では、上記２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂには、例えば、図２に示すように、電気光学結晶１１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を設定することでリング型の共振を得るようにしたリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１がそれぞれ用いられている。
【００４７】
このように各凹面鏡１１１，１１２の曲率を共焦点となるように設定したリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒは入射側に戻らないので、光アイソレータを必要としない。
【００４８】
そこで、この波長走査型ファイバレーザ光源１０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂを用いることにより、各ファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの入出力部分の光アイソレータを省略することができ、光増幅器１２の入力側のみにアイソレータ１３が設けられている。
【００４９】
すなわち、この波長走査型ファイバレーザ光源１０では、上述の如く近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂとして入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を用いているので、反射の影響は低いのであるが、リング型レーザの右回りか左回りかの発振方向を決めるために上記光増幅器１２の入力側のみにアイソレータ１３を挿入している。このアイソレータ１３は、従来反射のあるファブリペロー電気光学変調器からの反射の影響を低減するためのものと目的が異なり、右回りか左回りかの利得の差を与えられればいいだけの性能しか要求されない。したがって、この発明で課題としているアイソレータの問題点は解決される。また、このアイソレータ１３は、基本的にはループ内のどの位置に挿入してもよい。
【００５０】
この波長走査型ファイバレーザ光源１０において、近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器１１Ａは、共振器長制御部１５により共振器長を可変することで選択波長を可変することのできるようになっている。
【００５１】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂは、一方のファブリペロー共振器１１Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【００５２】
この波長走査型ファイバレーザ光源１０では、光ファイバーループ内に設けられた上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループを介して帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型ファイバレーザ光源１０では、上記ファブリペロー共振器１１Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【００５３】
なお、上記光ファイバーループからレーザ光を取り出す光学カップラ１４は、光増幅器１２の後に設けられているが、光増幅器１２の前、あるいは、２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの間に設けられていてもよい。
【００５４】
このような構成の波長走査型ファイバレーザ光源１０では、光ファイバーループの共振器長を長くすることができ、光ファイバーループの共振器長を例えば１０００ｍとすることにより、レーザ全体の縦モード間隔を例えば２００ｋＨｚ程度に狭くすることができる。これにより、上記レーザ全体の縦モード間隔は各ファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの一つ一つのモードの帯域幅（ＦＳＲ／フィネス、例えば２．５ＧＨｚ／５０＝５０ＭＨｚ）よりも十分狭くできるので、そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【００５５】
この波長走査型ファイバレーザ光源１０では、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を上記２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂを用いているので、各ファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの入出力部分のアイソレータを省略することができ、光アイソレータにおける光損失によるノイズの上昇を小さくすることができる。
【００５６】
ここで、導波路型のファブリペロー電気光学変調器は、研磨によって長さ調整が行なえ、それぞれ温度制御を行なうことで正確に共振器長を制御できるので、共振器長の絶対値を温度制御を行うことで希望する範囲に１ｐｐｍで制御が可能である。したがって、例えばＦＳＲ＝２．５ＧＨｚのファブリペロー電気光学変調器と、１／４０００だけＦＳＲの異なるファブリペロー電気光学変調器を用いて、バーニア効果によって４０００倍の１０ＴＨｚのＦＳＲの波長選択素子が容易に実現できる。しかし、凹面鏡を用いる空間型のファブリペロー電気光学変調器では、研磨によって長さ調整を高精度に行なうことは難しいので、凹面鏡の位置を数ミクロンの精度で調整して、２台の光共振器を高精度に温度調整する必要がある。
【００５７】
また、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＦＳＲ（Free spectral range）は、通常媒質の群屈折率をｎｇとすると、
ＦＳＲ＝ｃ/（４ｎｇ・Ｌ）
となる。ここで、ｃは真空中の光速、Ｌは共振器長である。
【００５８】
そして、電気光学変調によく用いられるニオブ酸リチウム（ＬＮ：LiNbO３）では常光の群屈折率をｎｏｇと異常光の群屈折率をｎｅｇは両方とも２程度の値であるが、差が４％ある。
【００５９】
したがって、電気光学結晶（ＬＮ）１１０により常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＦＳＲは、
ＦＳＲ１＝ｃ/（４ｎｏｇ・Ｌ）
となり、また、電気光学結晶（ＬＮ）１１０により異常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＦＳＲは、
ＦＳＲ２＝ｃ/（４ｎｅｇ・Ｌ）
となる。
【００６０】
また、図３に示すように、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１中に、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａと長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂを挿入して、Ｃ軸が直交するように配置することにより、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａにより常光を変調し、長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂにより異常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＦＳＲは、
ＦＳＲ１＝ｃ/（４ｎｏｇ・Ｌ１＋４ｎｅｇ・Ｌ２）
となり、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａにより異常光を変調し、長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂにより常光を変調するようにした共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＦＳＲは、
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｅｇ・Ｌ１＋４ｎｏｇ・Ｌ２）
となる。
【００６１】
この場合、Ｌ１＝Ｌ２であれば、ＦＳＲ１＝ＦＳＲ２であり、電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの長さＬ１，Ｌ２の差でＦＳＲ１，ＦＳＲ２の差を細かく設定することができる。
【００６２】
なお、ここでは、リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＦＳＲについて、原理説明のために空間部分を無視して、結晶長と共振器長さが同じものとして計算式を示した。
【００６３】
このように１台のファブリペロー共振器に２個の結晶を挿入すると、全体の共振器長さを共有している。本来、バーニア効果で重要なのは２つのＦＳＲの差とＦＳＲとの比が重要になるので、長さの絶対値は本質的には重要ではなく、２個の結晶の長さの差が重要になる。２個の結晶の長さの差は、研磨により調整できる。外付けのミラーの位置の多少のズレは無視することができる。
【００６４】
ここで、上記波長走査型ファイバレーザ光源１０では、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの内の一方のファブリペロー共振器１１Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長を周期的に走査するようにしたが、例えば図４に示す波長走査型ファイバレーザ光源１０における共振器長制御部１５のように、周期的な走査信号として鋸歯状波信号発生器１５０により発生された鋸歯状波信号をファブリペロー共振器１１Ｂには直接供給し、ファブリペロー共振器１１Ａには反転増幅器１５１を介して直接供給する構成とし、２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂ内の電気光学変調器の両方に対して、反転した走査信号を与えて、上記各ファブリペロー共振器の共振器長を相反的に変化させることで変調電圧を半分にでき、また、ファブリペロー光振器内の電気光学変調器に電圧を加えたときに生じる位相の変化は相殺されるので、波長の走査をより高精度且つ安定に行うことができる。
【００６５】
また、波長走査型ファイバレーザ光源１０において、中心波長はそれぞれのファブリペロー電気光学変調器の温度差に極めて敏感であるので、図４に示す波長走査型ファイバレーザ光源１０における共振器長制御部１５では、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光、すなわち、中心波長を透過するバンドフィルタを通過した光の一部を光学カップラ１４’からバンドパスフィルタ１６を介して光検出器１５２に導いて該光検出器１５２により検出し、そのタイミングと周期的な走査信号の位相差をロックインアンプ１５３で検出して、その位相差が一定値になるように制御信号を周期的な信号に重畳させてフィードバックすることによって、中心波長を制御するようになっている。これにより、常に一定な波長で変調が可能になる。
【００６６】
また、図３に示すように、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１中に、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａと長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ｂを挿入して、Ｃ軸が直交するように配置する場合、図５に示すように、２つの電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの電極１３０Ａ，１３０Ｂを並列に接続して変調信号を与えて変調するようにすると、それぞれ電圧が結晶のＣ軸に対して反対になるようにすることで偏光方向に対し相対的に光学距離が変化する。
【００６７】
したがって、結晶を一回透過する間に生じる光学距離の変化は、電気光学定数γ３３、γ３１、結晶長さＬ１、Ｌ２、結晶厚さｄとすると、ＦＳＲ１側の偏光に対しては（γ３１・Ｌ１−γ３３・Ｌ２）・Ｖ/ｄとなり、また、ＦＳＲ２側の偏光に対しては（γ３３・Ｌ１−γ３１・Ｌ２）・Ｖ/ｄとなり、両者の差として（γ３１−γ３３）・（Ｌ１＋Ｌ２）・Ｖ/ｄだけの、光学距離の変調が行われる。
【００６８】
すなわち、２台のファブリペロー電気光学変調器を用いる場合であっても、電極を入れ替えられるのであれば、反転増幅器１５１は必要なくなる。
【００６９】
結晶の選択方法はγ３３とγ３１の差の大きな結晶を選ぶことで、例えばＬＮやＬＴなどの場合、一致溶融組成結晶よりも定比組成結晶のほうが有利である。
【００７０】
ここで、１台のファブリペロー共振器に２個の電気光学結晶を挿入した共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、例えば、次のようにして図６に示すような構造のモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器として作製する。
【００７１】
まず、図７の（Ａ）に示すように、Ｃ軸が光線方向と直交し互いに直交するようにした長尺な結晶１１０１，１１０２とＣ軸が光線方向になるようにした薄目の結晶１２０１，１２０２を作製し、光線方向と直交する各端面を研磨し、電気光学結晶（ＬＮ）１１０１の長さをＬ１、電気光学結晶（ＬＮ）１１０２の長さをＬ２に調整する。
【００７２】
次に、図７の（Ｂ）に示すように、長さＬ１の電気光学結晶（ＬＮ）１１０１と長さＬ２の電気光学結晶（ＬＮ）１１０２を各Ｃ軸が直交する状態で屈折率のマッチした接着剤、あるいはオプティカルコンタクトで接着して、さらに、その両端に薄目のＣ軸が光線方向になるようにした結晶１２０１，１２０１を接着し、全体がＬの長さの接合体１０００を作製する。なお、両端の薄目のＣ軸が光線方向になるようにした結晶１２０１，１２０２は光線に対して等方的な媒質である。
【００７３】
そして、図７の（Ｃ）に示すように、上記接合体１０００をダイシングしてモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１１の基体１００１とする。
【００７４】
次に、図７の（Ｄ）に示すように、このようにして作製した電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂ及び両端の結晶１２０Ａ，１２０Ｂからなる基体１００１の上記両端の結晶１２０Ａ，１２０Ｂを共焦点になるような曲率Ｒで凸面研磨する。
【００７５】
次に、図７の（Ｅ）に示すように、上記曲率Ｒで凸面研磨した上記基体１００１の両端面に蒸着によりコーティングしてファブリペロー共振器を構成する相対向する共焦点の凹面鏡１１１，１１２を形成する。ここで、片側の結晶１２０Ａの端面には１００％未満、反対側の結晶１２０Ｂの端面には１００％でコーティングして各凹面鏡１１１，１１２を形成する。全体の長さをＬとするとき曲率Ｒは、
Ｒ＝（ｎｏ／ｎｅ−１）・（Ｌ１＋Ｌ２）／２＋Ｌ
である。
【００７６】
そして、図７の（Ｆ）に示すように、上記凹面鏡１１１，１１２が両端面に形成された基体１００１の各電気光学結晶（ＬＮ）１１０Ａ，１１０Ｂの各Ｃ軸と直交する側面に蒸着により電極１３０Ａ，１３０Ｂを形成することにより、図６に示すような構造のモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１１を作製する。
【００７７】
なお、モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器１１の場合コリメータに比べ結晶サイズが小さくなるので、入出射光学系１６Ａ，１６Ｂとして２個のコリメータを並べるのは難しいため、例えば、図８に示すように、プリズム型ミラー１６Ｃを入力面においた構造の入出射光学系１６Ａ，１６Ｂとしたり、あるいは、図９に示すように、２芯のフェルールにファイバを搭載して、プリズム１６Ｄで２芯のフェルールに搭載したファイバとリング型共振器を結合させる構造の入出射光学系１６とする。
【００７８】
ここで、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図１０に示す波長走査型ファイバレーザ光源１０’のように、図１に示した波長走査型ファイバレーザ光源１０における光増幅器１２として、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の方向光増幅器１２’を用い、上記光学カップラ１４に替えて全反射ミラー１４Ａとハーフミラー１４Ｂを設け、上述の近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ双方向の電気光学変調器として機能する上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１にて構成とすることによって、光ファイバーループを１周する間に２度光増幅を行うようにすることができる。
【００７９】
この波長走査型ファイバレーザ光源１０’では、一方のファブリペロー共振器１１Ａから入出射光学系１６Ａ’を介して出射される光が全反射ミラー１４Ａで全反射されて上記入出射光学系１６Ａ’を介して当該ファブリペロー共振器１１Ａに入射され、このファブリペロー共振器１１Ａから入出射光学系１６Ｂ’を介して出射された光が入出射光学系１７Ａ’を介して他方のファブリペロー共振器１１Ｂに入射され、このファブリペロー共振器１１Ｂから入出射光学系１７Ｂ’を介して出射された光が双方向光増幅器１２’により増幅される。そして、この双方向光増幅器１２’により増幅された光から偏光子１９を介して取り出される所定の偏光成分の光がハーフミラー１４Ｂで反射されて上記偏光子１９を介して当該双方向光増幅器１２’に入射され、上記偏光子１９を通過する所定の偏光成分の光が上記双方向光増幅器１２’により増幅されて、上記入出射光学系１７Ｂ’を介して当該ファブリペロー共振器１１Ｂに入射され、このファブリペロー共振器１１Ｂから入出射光学系を介して出射された光が入出射光学系を介して上記ファブリペロー共振器１１Ａに入射され、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【００８０】
このような構成の波長走査型ファイバレーザ光源１０’では、光がファイバーループを一周する間に、それぞれ共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器１１ＡとＦＳＲ２のファブリペロー共振器１１Ｂを２回ずつ通過するので、バーニア効果としての光フィルタの分解能を向上させることができ、波長の選択がより強まり、線幅の狭い、コヒーレントレングスの長くすることができる。なお、双方向光増幅器１２はループ中のどの位置に挿入してもよい。
【００８１】
また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、図１１に示す波長走査型ファイバレーザ光源２０のように、偏光成分を分離して合成する光学系１８を設けることにより、１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を上記近接したＦＳＲを有する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂとして機能させることができる。
【００８２】
すなわち、図１１に示す波長走査型ファイバレーザ光源２０は、図１に示した波長走査型ファイバレーザ光源１０を改良したものであって、光ファイバーループ内に設けられた１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１、発振波長に利得を有する光増幅器１２、この光増幅器１２にアイソレータ１３を介して光ファイバ接続された光学カップラ１４、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部１５、上記光増幅器１２及び光学カップラ１４と入射側光学系１６Ａ及び出射側光学系１６Ｂの間に設けられた偏光成分を分離して合成する光学系１８などからなる。
【００８３】
上記光学系１８は、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１からの出射光が出射側光学系１６Ｂを介して入射される第１のＰＢＳカップラ１８１、このＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光が入射される第１の偏光変換器１８２、上記ＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光が入射される第２の偏光変換器１８３、上記光学カップラ１４を介してＳ偏光成分の光が入射される第２のＰＢＳカップラ１８４からなる。
【００８４】
この光学系１８において、第１のＰＢＳカップラ１８１は、上記出射側光学系１６Ｂを介して入射される上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１からのＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離する。この第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光は第１の偏光変換器１８２に入射され、また、Ｓ偏光成分の光は第２の偏光変換器１８３に入射される。
【００８５】
第１の偏光変換器１８２は、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光の偏光方向を９０°回転させてＳ偏光成分の光に変換する。この第１の偏光変換器１８２により変換されたＳ偏光成分の光は、上記光増幅器１２に入射される。
【００８６】
そして、この波長走査型ファイバレーザ光源２０では、第１の偏光変換器１８２を介して入射されるＳ偏光成分の光が発振波長に利得を有する上記光増幅器１２により増幅され、アイソレータ１７及び光学カップラ１４を介して第２のＰＢＳカップラ１８４に入射される。
【００８７】
また、第２の偏光変換器１８３は、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光の偏光方向を９０°回転させてＰ偏光成分の光に変換する。この第２の偏光変換器１８３により変換されたＰ偏光成分の光は、上記第２のＰＢＳカップラ１８４に入射される。
【００８８】
ここで、上記第１及び第２の偏光変換器１８２，１８３は、ファラデー素子、波長板などが使えるほか、ＰＭファイバを光学素子につなげるところで、ＰＭの軸を適時選択することで偏光方向を９０度回転させる構造とすることもできる。
【００８９】
第２のＰＢＳカップラ１８４は、上記光学カップラ１４を介して入射されるＳ偏光成分の光と上記第２の偏光変換器１８３を介して入射されるＰ偏光成分の光を合成する。
【００９０】
そして、この第２のＰＢＳカップラ１８４による合成光は、入射側光学系１６を介して入射光として上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射される。
【００９１】
なお、上記第１及び第２のＰＢＳカップラ１８１，１８４の代わりにサーキュレータを用いるようにしても良い。
【００９２】
この波長走査型ファイバレーザ光源２０において、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、入射光すなわち上記合成光を構成しているＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に対して、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する。
【００９３】
この波長走査型ファイバレーザ光源１０において、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、波長選択フィルタとして機能し、Ｐ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【００９４】
そして、この波長走査型ファイバレーザ光源２０では、光ファイバーループ内に設けられた上記近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１によるバンドパスフィルタを通過した光、すなわち、上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１の出射光が上記第１のＰＢＳカップラ１８１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＰ偏光成分の光が第１の偏光変換器１８２によりＳ偏光成分の光に変換されて光増幅器１２で増幅され、上記光ファイバーループを介して帰還されるとともに、上記第１のＰＢＳカップラ１８１により上記出射光から分離されたＳ偏光成分の光が第２の偏光変換器１８３によりＰ偏光成分の光に変換されて帰還されることによって発振する。そして、この波長走査型ファイバレーザ光源１０では、上記１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化する。
【００９５】
この波長走査型ファイバレーザ光源２０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【００９６】
ここで、上述の如く、２台のファブリペロー共振器の場合
ＦＳＲ１＝ｃ／（４ｎｇ・Ｌ１）
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｇ・Ｌ２）
であるので近似的に
（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）／ＦＳＲ  ＝  （Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ
であり、例えば１／１０００の差をつけようとすると、Ｌ１とＬ２の差は１０００分の１の差にするために、研磨で長さをＬの１／１０００以下の精度でそろえ、温度差でＦＳＲの差を維持することを行なう必要があるが、１台のファブリペロー共振器の場合
ＦＳＲ１＝ｃ／（４ｎｏｇ・Ｌ１＋４ｎｅｇ・Ｌ２）
ＦＳＲ２＝ｃ／（４ｎｅｇ・Ｌ１＋４ｎｏｇ・Ｌ２）
であるので近似的に
（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）／ＦＳＲ  ＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ  （ｎｏｇ−ｎｅｇ）／ｎｇ
であり、（ｎｏｇ−ｎｅｇ）／ｎｇは約０．０４であるので同じ研磨精度であったとしても、長さの差をＬの１／４０にすれば良いことになる。研磨精度が１／１０００程度なので、研磨だけでＦＳＲの差を１／１０００±１／４００００以下の精度で実現できる。この際、２台の結晶を熱的に結合しておくことは近接しているから可能であり、研磨で得られたＦＳＲの差の精度は温度制御していなくても保つことができ、導波路型で用いたようなＦＳＲの差を一定にするための温度制御が必要が無くなる。したがって、温度コントローラー２台分不要になり、コストメリットがある。
【００９７】
また、上述の如く共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図１２に示す波長走査型ファイバレーザ光源２０’のように、図１１に示した波長走査型ファイバレーザ光源２０における光増幅器１２として、どちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるＳＯＡ等の双方向光増幅器１２’を用い、上記光学カップラ１４に替えて全反射ミラー１４Ａとハーフミラー１４Ｂを設け、上述の近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を双方向で使用する構成とすることもできる。
【００９８】
この波長走査型ファイバレーザ光源２０’では、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ａ’を介して取り出される光が第２のＰＢＳカップラ１８４を通過して全反射ミラー１４Ａに入射され、この全反射ミラー１４Ａにより反射された光が上記第２のＰＢＳカップラ１８４を通過して上記入出射側光学系１６Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射され、また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ｂ’を介して取り出される光が第１のＰＢＳカップラ１８１及び第１及び偏光変換器１８２を通過して双方向光増幅器１２’に入射され、この双方向光増幅器１２’により増幅された光がハーフミラー１４Ｂに入射され、このハーフミラー１４Ｂで反射された光が上記双方向光増幅器１２’に入射され、この双方向光増幅器１２’により増幅された光が上記第１及び偏光変換器１８２及び第１のＰＢＳカップラ１８１を介して上記入出射側光学系１６Ｂ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射されることにより発振し、上記ハーフミラー１４Ｂを介してレーザ光が取り出される。
【００９９】
このような構成の波長走査型ファイバレーザ光２１０’では、上述の近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を双方向で使用することにより、光がファイバーループを一周する間に、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器とＦＳＲ２のファブリペロー共振器を２回ずつ通過することになり、バーニア効果としての光フィルタの分解能を向上させることができ、波長の選択がより強まり、線幅の狭い、コヒーレントレングスの長くすることができる。なお、双方向光増幅器１２はループ中のどの位置に挿入してもよく、例えば、第２の偏光変換器１８３の前段又は後段に挿入すれば、光がファイバーループを一周する間、すなわち、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１からなるＦＳＲ１のファブリペロー共振器とＦＳＲ２のファブリペロー共振器を２回ずつ通過する間に２回光増幅できるので、ＳＮ的に有利になる。
【０１００】
また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１は、双方向の電気光学変調器として使用することができるので、例えば図１３に示す波長走査型ファイバレーザ光源３０のように、近接したＦＳＲｐ，ＦＳＲｓを有する１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に対して入出射側光学系１６Ａ’及び入出射側光学系３６Ｂを介して光を入出射するようにして、入出射側光学系１６Ａ’を介して出射された光は第１の光ファイバーループ３１を介して上記入出射側光学系１６Ａ’に入射し、入出射側光学系１６Ｂ’を介して出射された光は第２の光ファイバーループ３２を介して上記入出射側光学系１６Ｂ’に入射する構成とすることもできる。
【０１０１】
この波長走査型ファイバレーザ光源３０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ａ’を介して出射された光が、第１のＰＢＳカップラ３１１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、分離されたＰ偏光成分の光が第１の偏光変換器３１２により偏光方向を９０°回転されＳ偏光成分の光に変換されて光増幅器１２に入射され、この光増幅器１２により増幅されたＳ偏光成分の光がアイソレータ１３及び光学カップラ１４を介して上記第１のＰＢＳカップラ３１１に戻されるように上記第１の光ファイバーループ３１が構成されており、上記第１のＰＢＳカップラ３１１から上記入出射側光学系１６Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射される。また、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ｂ’を介して出射された光が、第２のＰＢＳカップラ３２１によりＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に分離され、分離されたＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光を第２の偏光変換器３２２により偏光方向を９０°回転させて、上記第２のＰＢＳカップラ３２１により合成するように第２の光ファイバーループ３２が構成されており、上記第２のＰＢＳカップラ３２１による合成光が上記入出射側光学系１６Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射される。
【０１０２】
すなわち、この波長走査型ファイバレーザ光源３０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１の入出射側光学系１６Ａ’を介して出射された光が、上記第１の光ファイバーループ３１において光増幅器１２により増幅されて上記入出射側光学系１６Ａ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射され、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ｂ’を介して出射された光が上記第２の光ファイバーループにおいて偏光方向が９０°回転されて上記入出射側光学系１６Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射されるように光ファイバーループが構成されている。
【０１０３】
この波長走査型ファイバレーザ光源３０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を双方向の電気光学変調器として用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１０４】
なお、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ｂ’を介して出射された光の偏光方向を９０°回転させて上記入出射側光学系１６Ｂ’を介して上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に戻す上記第１の光ファイバーループに替えて、図１４に示す波長走査型ファイバレーザ光源３０’のように、ファラデーローテータ３２３と全反射ミラー３２４を用いることもできる。
【０１０５】
この波長走査型ファイバレーザ光源３０’は、図１３に示した波長走査型ファイバレーザ光源３０を改良したものであって、第２の光ファイバーループ３２をファラデーローテータ３２３と全反射ミラー３２４に置き換えた以外は、上記波長走査型ファイバレーザ光源３０と同様であるので、同一の構成要素に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１０６】
この波長走査型ファイバレーザ光源３０’では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ｂ’を介して出射された光がファラデーローテータ３２３により偏光方向が４５°回転されて全反射ミラー３２４に入射され、この全反射ミラー３２４で全反射された光が上記ファラデーローテータ３２３によりさらに偏光方向が４５°回転されて上記入出射側光学系１６Ｂ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射される。
【０１０７】
この波長走査型ファイバレーザ光源３０’においても、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１を双方向の電気光学変調器として用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１０８】
さらに、例えばＳＯＡ等の光増幅器はどちらの偏光に対しても、どちらの方向に対しても増幅できるので、例えば、図１５に示す波長走査型ファイバレーザ光源４０のように、ＳＯＡ等の双方向光増幅器３１を備えることにより、光ファイバーループを１周する間に２度光増幅を行うことができる。
【０１０９】
この図１５に示す波長走査型ファイバレーザ光源４０は、図１４に示した波長走査型ファイバレーザ光源３０’を改良したものであって、第１の光ファイバーループ３１を双方向光増幅器４１とファラデーローテータ４２とハーフミラー４３に置き換えた以外は、上記波長走査型ファイバレーザ光源３０’と同様であるので、同一の構成要素に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１１０】
この波長走査型ファイバレーザ光源４０では、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１から入出射側光学系１６Ａ’を介して出射された光が双方向光増幅器４１により増幅され、ファラデーローテータ４２により偏光方向が４５°回転されてとハーフミラー４３に入射され、このハーフミラー４３により反射された光がファラデーローテータ４２により偏光方向がさらに４５°回転されて双方向光増幅器４１に入射され、この双方向光増幅器４１により増幅された光が上記入出射側光学系１６Ａ’から上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１に入射されることより発振し、上記ハーフミラー４３を介してレーザ光が取り出される。
【０１１１】
また、共焦点の共振ファブリペロー電気光学変調器では、入射光の入射方向を調整することにより、Ｖ字共振を得ることができ、例えば図１６に示す共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１のように、電気光学結晶５１０を内在するファブリペロー共振器を共焦点となるように各凹面鏡５１１，５１２の曲率を設定するとともに、入射光Ｌｉｎの入射方向を調整することで、入射光Ｌｉｎの直接反射光Ｌｒが入射方向に戻ることなく、出射光Ｌｏｕｔが入射方向に戻るようにしたＶ字共振を得ることができる。
【０１１２】
そこで、入射光の直接反射光が入射方向に戻ることなく、出射光が入射方向に戻るようにしたＶ字共振を得ることができる共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１を用いることにより、例えば図１７に示すようなリニヤ共振型の波長走査型ファイバレーザ光源５０を構成することができる。
【０１１３】
この波長走査型ファイバレーザ光源５０は、２台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ａ，５１Ｂと、一方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ａに入出射側光学系５２Ａを介して光ファイバ接続された双方向光増幅器５３と、他方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ｂに入出射側光学系５２Ｂを介して光ファイバ接続された光カップラ５４と、上記２台のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ａ，５１Ｂの内の一方、ここではＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ａの共振器長を一定範囲で周期的に変化させる共振器長制御部５５とを備え、上記双方向光増幅器５３と光カップラ５４とが光ファイバ接続されている。
【０１１４】
上記２台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ａ，５１Ｂは、近接したＦＳＲ（Free spectral range）を有するもので、それぞれ波長選択フィルタとして機能する。そして、上記２台の共焦点のＶ型ファブリペロー共振器５１Ａ，５１Ｂの内の少なくとも一方、ここではファブリペロー共振器５１Ａは、共振器長を可変することにより選択波長を可変することのできるようになっている。
【０１１５】
そして、上記近接したＦＳＲを有する２台のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ａ，５１Ｂは、一方のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１Ａの共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１１６】
この波長走査型ファイバレーザ光源５０では、上記近接したＦＳＲを有する２台のＶ型ファブリペロー共振器５１Ａ，５１Ｂによるバンドパスフィルタを通過した光が、上記Ｖ型ファブリペロー共振器５１Ａ，５１Ｂの間を往復する際に発振波長に利得を有する双方向光増幅器５３で増幅されることによって発振する。そして、この波長走査型ファイバレーザ光源５０では、上記Ｖ型ファブリペロー共振器５１Ａの共振器長を共振器長制御部５５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、光学カップラ５４を介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０１１７】
このような構成の波長走査型ファイバレーザ光源５０では、光ファイバ接続された光路を長くすることで共振長を長くすることができ、これによりレーザ全体の縦モード間隔を狭くして、共振長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができ、厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０１１８】
この波長走査型ファイバレーザ光源５０では、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査でき、しかも、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１をファブリペロー共振器５１Ａ，５１Ｂに用いているので、アイソレータを省略することができ、光アイソレータにおける光損失によるノイズの上昇を小さくすることができる。
【０１１９】
上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１においても、上記共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器５１と同様に、凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置することによって、長さの差でＦＳＲの差を細かく設定することができる。
【０１２０】
また、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、例えば、図１８に示すように、１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１でリニヤ共振型の波長走査型ファイバレーザ光源６０を構成することができる。
【０１２１】
この波長走査型ファイバレーザ光源６０は、図１７に示した波長走査型ファイバレーザ光源５０を改良したもので、１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１と、このＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１に入出射側光学系５２を介して光ファイバ接続された双方向光増幅器５３と、この双方向光増幅器５３に光ファイバ接続されたファラデーローテータ６４と、このファラデーローテータ６４に光ファイバ接続されたハーフミラー６５を備える。
【０１２２】
この波長走査型ファイバレーザ光源６０では、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１から入出射側光学系５２を介して出射された光が双方向光増幅器５３により増幅され、ファラデーローテータ６４により偏光方向が４５°回転されてとハーフミラー６５に入射され、このハーフミラー６５により反射された光がファラデーローテータ６５により偏光方向がさらに４５°回転されて双方向光増幅器５３に入射され、この双方向光増幅器５３により増幅された光が上記入出射側光学系５２から上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１に入射される。
【０１２３】
この波長走査型ファイバレーザ光源５０において、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１は、偏光方向によってＦＳＲが異なり、また、ｃ軸方向の偏光に対して電気光学変調が強くかかるので、入射光すなわち上記合成光を構成しているＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光に対して、近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する。
【０１２４】
上記近接したＦＳＲｐ、ＦＳＲｓで変調度の異なる２台のファブリペロー共振器として機能する１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１は、波長選択フィルタとして機能し、Ｐ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を可変することにより、そのバーニア効果により選択波長を可変することのできる狭帯域の波長選択特性を有するバンドパスフィルタとして機能する。
【０１２５】
この波長走査型ファイバレーザ光源６０では、上記共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１の出射光が、上記ハーフミラー６５により反射されて当該共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１に戻され、発振波長に利得を有する双方向光増幅器５３で増幅されることによって発振する。そして、この波長走査型ファイバレーザ光源６０では、上記Ｖ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１のＰ偏光及びＳ偏光の相対的共振器長を共振器長制御部５５により一定範囲で周期的に変化させることによって、発振波長が周期的に変化し、上記ハーフミラーを介して取り出されるレーザ光の波長が周期的に変化するようになっている。
【０１２６】
このような構成の波長走査型ファイバレーザ光源６０では、光ファイバ接続された光路を長くすることで共振長を長くすることができ、これによりレーザ全体の縦モード間隔を狭くして、共振長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができ、厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
【０１２７】
したがって、この波長走査型ファイバレーザ光源６０では、入射光Ｌｉｎに対する直接の反射光Ｌｒが入射側に戻らない１台の共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１を用いて、極めてノイズの小さい単光性の光を発生する狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広い帯域で高速、且つ連続的に走査できる。
【０１２８】
ここで、以上説明した発明の実施の形態では、共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１（１１Ａ，１１Ｂ）、あるいは、共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１（５１Ａ，５１Ｂ）を用いて構成した波長走査型レーザ光源について説明したが、リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１（１１Ａ，１１Ｂ）やＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１（５１Ａ，５１Ｂ）では、単一横モードに光をカップルさせることができれば原理的には共焦点でなくてもよい。
【０１２９】
すなわち、上記リング型共振ファブリペロー電気光学変調器１１（１１Ａ，１１Ｂ）やＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器５１（５１Ａ，５１Ｂ）として、空間のファブリペロー電気光学変調器を用いることもできる。
【０１３０】
空間のファブリペロー電気光学変調器を用いるとロスが減り、フィネスが大きくなる利点がある。光導路ではロスは１台あたり7ｄＢ程度あり、フィネスは５０程度が最大であるが、空間型でロスは１ｄＢ程度、フィネスは４００程度が可能となる。この場合、ロスの低減によるＳＮ比の向上がはかられ、フィネスの向上は波長フィルタとしての分解能を高めるので、波長可変レーザのコヒーレントレングスを大きくすることができる。
【０１３１】
そして、上記空間のファブリペロー電気光学変調器を「リング型」あるいは「Ｖ字型」とすることで直接反射を防ぐことができ、これによりアイソレータの数を減らすことができる。
【０１３２】
「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器は、単一横モードに光をカップルさせることができれば原理的には共焦点でなくても可能であるが、共焦点でない場合、わずかな調整の不備で単一横モードに光をカップルさせることができないと、不要な横モードが現れ、それが希望するモードの周波数と異なるので、バーニア効果を乱すことになる。共焦点の「リング型」あるいは「Ｖ字型」のファブリペロー電気光学変調器では、横モードの共振周波数が縮退するので、調整の不備があったとしても不要なモードが現れることなく使用することができる。
【０１３３】
ここで、図１９に示すような測定系２００を構築して、バーニア効果による波長走査型光源１０から出力されるレーザ光の波長を干渉計２１０にて測定して、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの内の一方のファブリペロー共振器１１Ａの共振器長を変化させる共振器長制御部１５により与える走査信号電圧とレーザ周波数との関係を求めた結果を図２０の（Ａ）に示し、また、その測定値の直線近似値からのずれ量をプロットした結果を図２０の（Ｂ）に示す。図２０の（Ａ）、（Ｂ）の各横軸は走査信号電圧であり、図２０の（Ａ）の縦軸は測定結果として得られた波長に対応するレーザ周波数であり、図２０の（Ｂ）の縦軸はそのレーザ周波数測定値の直線近似値からのずれ量である。
【０１３４】
また、上記共振器長制御部１５がファブリペロー共振器１１Ａに与える走査信号の波形と干渉計２１０にて得られる干渉信号の波形を観測したところ、図２１の（Ａ）、（Ｂ），（Ｃ）に示すように、走査信号の波形（三角波、正弦波、鋸歯状波）に追従した干渉信号の波形が得られた。
【０１３５】
ここで、上記図１９に示した測定系２００では、波長走査型ファイバレーザ光源１０の光増幅器１２にはＳＯＡ（半導体光アンプ）を用い、また、遅延線１８として１ｋｍのＳＭファイバーとファラデーミラーとＰＢＳカップラを用いた遅延線を挿入した。さらに、同期したファンクションジェネレーター２チャンネルを共振器長制御部１５として用いて、それぞれのファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂに対して任意の波形で変調ができるようにした。
【０１３６】
この測定系２００では、光増幅器１２にＳＯＡを用いたことで波長可変範囲が大きくなっている。すなわち、図２０の（Ａ）は一方のファブリペロー共振器１１Ａのバイアスに電圧を加えてレーザの周波数（波長）変化を測定した結果を示しているが、データをみると波長可変が１０ＴＨｚに達したことがわかる。１０ＴＨｚはおよそ８０ｎｍであり、これは図２９の系で得た図３０の実験データ３３ｎｍよりも大きい。ここでは、温度の条件として２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの温度差が８度に設定されている。
【０１３７】
また、この測定系２００では、波長走査型ファイバレーザ光源１０に遅延線１８を入れることにより１００ｋＨｚの整数倍で変調が可能になっている。１ｋｍのＳＭファイバーとファラデーミラーとＰＢＳカップラを用いた遅延線の場合、光がファイバーを往復するので、２ｋｍの遅延線と等価になる。図２１のデータは走査周波数２００ｋＨｚでのデータであり、温度の条件も同じ８度とした。走査範囲は１０ＴＨｚである。
【０１３８】
さらにこのとき、同期した２チャンネルのファンクションジェネレーターを共振器長制御部１５として用いて、それぞれのファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂに対して反転した走査信号を加えることにより、波長の変化の方向にかかわらず図２１のように良好な変調が得られた。一方のファブリペロー共振器１１Ａだけに１００ｋＨｚを超える走査信号を加えた場合、波長の変化の方向によって光強度が異なったり、レーザー発振しなくなるなど不具合が生じたりしましたが、それぞれのファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂに対して反転した走査信号を加えることで、それらの不具合の程度は格段に減少した。これにより走査周波数は少なくとも１ＭＨｚまでは確認できた。
【０１３９】
なお、それぞれのファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂに対して反転した走査信号を加える場合、特に高速走査周波数（１ＭＨｚぐらい）では、２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの間の距離を無視できないので、それぞれのファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂに対して加える反転した走査信号の間の位相差を調整する必要がある。
【０１４０】
上記測定結果から明らかなように、バーニア効果による波長走査型光源１０におけるレーザ周波数は、共振器長制御部１５による走査信号電圧にほぼ比例する。
【０１４１】
すなわち、バーニア効果による波長走査型光源１０は、その光の波長が入力電圧信号に比例する。したがって、例えば入力電気信号として直線的な鋸歯状波などで変調すれば、鋸歯状の波長の変調が可能である。特に電気的なＥＯ効果によって波長を操作することができるので、機械的な変調で起こるヒステリシスなどもない。
【０１４２】
また、バーニア効果による波長走査型光源１０は、電気的信号を調整し非線形なノコギリ波にすることで、波数について時間的に等間隔であるような、ノコギリ波状の変調が可能である。
【０１４３】
すなわち、αを定数とすると、電圧Ｖに対する波長は、
λ＝α・Ｖ＋λ０
である。一方、光の波数Ｋは、
Ｋ＝２π／λ＝２π／(α・Ｖ＋λ０)
であるので、任意の時間に対する関数Ｋ（ｔ）である波数を実現するには電圧の時間に対する関数Ｖ（ｔ）を
Ｖ（ｔ）＝（２π／Ｋ（ｔ）−λ０）／α
とすればよい。
【０１４４】
そこで、上記波長走査型ファイバレーザ光源１０では、上記バンドパスフィルタを構成する２台のファブリペロー共振器１１Ａ，１１Ｂの内の少なくとも一方のファブリペロー共振器１１Ａの共振器長を共振器長制御部１５により一定範囲で周期的に変化させることによって、光学カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波長を周期的に走査するにあたり、予め、上記共振器長制御部１５が上記ファブリペロー共振器１１Ａに与える走査信号の波形を調整し、光カップラ１４を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正することによって、波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラ１４を介して得ることができる。
【０１４５】
例えば、図２２に示す波長走査型ファイバレーザ光源１０のように、波数が時間に対して線形なレーザ光を得るための校正データを共振器長制御部１５がＲＯＭ１５Ａから読み出して走査信号の波形を生成する構成とすることにより、波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラ１４を介して得ることができる。
【０１４６】
また、各波長走査型ファイバレーザ光源１０’，２０，２０’，３０，３０’，４０，５０，６０においても、走査信号の波形を調整し、光学素子を介して取り出されるレーザ光の波数が時間に対して線形になるように校正することによって、波数が時間に対して線形なレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明に係る共焦点のファブリペロー電気光学変調器を２台備える波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】上記波長走査型レーザ光源に使用される共焦点のリング型共振ファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる共焦点のファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】２つのファブリペロー共振器で構成されるバンドパスフィルタの中心波長を制御するようにした共振器長制御部の構成例を示すブロック図である。
【図５】凹面鏡間にＣ軸が直交するように２つの電気光学結晶を配置してなる共焦点のファブリペロー電気光学変調器の変調信号の供給するための接続構造を模式的に示す図である。
【図６】モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製例を模式的に示す図である。
【図７】上記モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製過程を模式的に示す図である。
【図８】モノリシック型のファブリペロー電気光学変調器の作製例を模式的に示す図である。プリズム型ミラーを入力面においた構造の入出射光学系を備えるモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器を模式的に示す図である。
【図９】プリズムで２芯のフェルールに搭載したファイバとリング型共振器を結合させる構造の入出射光学系を備えるモノリシック型のファブリペロー電気光学変調器を模式的に示す図である。
【図１０】本発明に係る共焦点のファブリペロー電気光学変調器を２台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係る共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係る共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図１５】本発明に係る共焦点のファブリペロー電気光学変調器を１台備える波長走査型レーザ光源の他の構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係る波長走査型レーザ光源に使用される共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器の構造を模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明に係る共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器を２台用いて構成したリニヤ共振型の波長走査型ファイバレーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明に係る共焦点のＶ型共振ファブリペロー電気光学変調器を１台用いて構成したリニヤ共振型の波長走査型ファイバレーザ光源の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明に係る波長走査型レーザ光源における走査信号電圧とレーザ周波数との関係を測定した結果を示す図である。
【図２０】上記走査信号電圧とレーザ周波数との関係を測定するための測定系の構成を示すブロック図である
【図２１】上記共振器長制御部がファブリペロー共振器に与える走査信号の波形と干渉計にて得られる干渉信号の波形の観測結果を示す図である。
【図２２】波数が時間に対して線形なレーザ光を光カップラを介して得ることができる波長走査型ファイバレーザ光源の構成例を示すブロック図である。
【図２３】従来から提案されている波長可変光源の原理的な構成を示すブロック図である。
【図２４】先に提案した波長走査型レーザ光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２５】通常の光共振器の透過スペクトルを示す図である。
【図２６】ＦＳＲが１％異なる光共振器を２台縦列接続した場合の透過スペクトルを示す図である。
【図２７】図２１に示した透過スペクトルの一部を拡大して示した図である。
【図２８】上記２台のファブリペロー共振器にファブリペロー電気光学変調器を用いた波長走査型レーザ光源の実際の構成例を示すブロック図である。
【図２９】波長１．５μｍ帯用の、光ファイバアンプ、２台のコム発生器モジュール、光カップラを使用したファイバーリングレーザーの構成を示すブロック図である。
【図３０】上記ファイバーリングレーザーの測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１０，１０’，２０，２０’，３０，３０’，４０，５０，６０  波長走査型ファイバレーザ光源
１１，１１Ａ，１１Ｂ  リング型共振ファブリペロー電気光学変調器
１２  光増幅器
１２’  双方向光増幅器
１３  アイソレータ
１４，１４’，５４  光カップラ
１４Ａ  全反射ミラー
１４Ｂ  ハーフミラー
１５  共振器長制御部
１５Ａ  ＲＯＭ
１６Ａ，１７Ａ  入射側光学系
１６Ｂ，１７Ｂ  出射側光学系
１６Ａ’，１６Ｂ’，５２，５２Ａ，５２Ｂ，  入出射側光学系
１８  偏光成分を分離して合成する光学系
３１，３２  光ファイバーループ
４１，５３  双方向光増幅器
４２，６４，３２３  ファラデーローテータ
４３，６５  ハーフミラー
５１，５１Ａ，５１Ｂ  Ｖ型共振ファブリペロー電気光学変調器
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，５１０  電気光学結晶
１１１，１１２，５１１，５１２，  凹面鏡
１８１，１８４，３１１，３２１  ＰＢＳカップラ
１８２，１８３，３１２，３２２  偏光変換素子
３２４  全反射ミラー
【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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【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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