JP2016134437A - ファイバーリングレーザー、光パルス、及び光断層画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光断層画像化装置の測定光に用いた場合に、深さ方向に十分な分解能を有する眼底部分の生体組織の画像が得られる、略１０５０ｎｍに中心波長を有する広帯域な光パルスを生成する。【解決手段】励起光を発生する励起光源と、前記励起光によって励起されるＹｂ添加ファイバーと、前記励起光源が前記励起光を発生するとき、前記励起光によって励起された前記Ｙｂ添加ファイバーが放出する放出光を伝搬する第１のシングルモードファイバーと、前記励起光が前記Ｙｂ添加ファイバーに入射する方向と逆方向の光伝搬を防ぐためのアイソレーターと、を備え、前記放出光から光パルスを形成するファイバーリングレーザーであって、前記第１のシングルモードファイバーの長さが５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下であるファイバーリングレーザーである。【選択図】図１

Description

本発明は、ファイバーリングレーザー、ファイバーリングレーザーが発生する光パルス、及びファイバーリングレーザーが発生する光パルスを光源とするフーリエドメイン型光断層画像化装置に関する。

干渉計の原理を応用して生体組織の断層画像を生成する光断層画像化装置（ＯＣＴ）が知られている。光断層画像化装置は、低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分離し、測定光を生体組織に照射する。生体組織に照射された測定光が生体組織により散乱又は反射される。後方散乱された反射光は光断層画像化装置に戻る。光断層画像化装置は、反射光を参照光と干渉させて干渉光を生成し、干渉光を用いて生体組織の複数の深さにおける散乱光の強度を画像化する。このような光断層画像化装置のうち、干渉光の波長分布データをフーリエ変換して生体組織の複数の深さにおける散乱光の強度を画像化するものは、フーリエドメイン型光断層画像化装置（ＦＤ−ＯＣＴ）と呼ばれ、他の方式の光断層画像化装置と比較して、可動部分が少なく、装置全体が軽量化及び安定化できる利点がある。

光断層画像化装置は、眼科の網膜診断にも使用されている。例えば、網膜中心部の黄斑部の断層画像を取得するために、波長０．８μｍ帯の照射光が用いられている。この波長帯は、水の光吸収が少なく、この波長帯の照射光を利用した光断層画像化装置は、色素上皮膜視細胞層等の、網膜の生体組織を識別可能な断層画像を生成する。

一方、色素状被膜下の毛細血管網や篩状板の深部の生体組織を画像化するためには、網膜の生体組織で散乱又は反射される波長０．８μｍ帯の光と異なり、かつ硝子体で吸収されてしまう波長１．５μｍ帯の光とも異なる、別の波長帯の光を測定光として用いる必要がある。９８０ｎｍ〜１１５０ｎｍの波長帯は、「２番目の水の窓」と呼ばれており、この波長帯の光は、硝子体での吸収率が低い。さらに、９８０ｎｍ〜１１５０ｎｍの波長帯の光は、角膜側から照射されたとき、可視光を吸収して電気信号に変える網膜で捉えられずに、眼底部分まで入る。光断層画像化装置を用いて色素状被膜下の毛細血管網や篩状板の深部の生体組織を画像化するために、９８０ｎｍ〜１１５０ｎｍの波長帯の光が求められている。

９８０ｎｍ〜１１５０ｎｍの波長帯の光源を発生する光源の１つとして、Ｙｂ添加ファイバーを備えるファイバーリングレーザーが、従来から知られていた。例えば、Ｙｂ添加ファイバーを備えるファイバーリングレーザーが、ノイズライク光パルスを生成することが知られている（非特許文献１）。Ｙｂ添加ファイバーを備えるファイバーリングレーザーが生成する光パルスの強度自己相関波形のグラフの時点差ゼロピコ秒において、ノイズライク光パルス特有のスパイクが観測されている（同Ｆｉｇ．３（ｂ）参照）。

しかしながら、そのスペクトル分布幅は、約１０ｎｍの狭帯域である（同Ｆｉｇ．３（ａ）参照）。一方、光断層画像化装置は干渉計の原理を用いるので、干渉計と同様、光断層画像化装置の測定光が広帯域でなければ、深さ方向の分解能が向上しない。即ち、上記のファイバーリングレーザーが生成する狭帯域の光パルスを光断層画像化装置の測定光として用いても、深さ方向の十分な分解能が得られないという問題がある。

したがって、光断層画像化装置の測定光に用いた場合に、深さ方向に十分な分解能を有する眼底部分の生体組織の画像が得られる、略１０５０ｎｍに中心波長を有する１００ｎｍ〜１１０ｎｍの広帯域な光パルスを生成することが求められているのが現状である。

Ｋｏｂｔｓｅｖ，Ｓｅｒｇｅｙ，ｅｔ ａｌ．"Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ−ｓｃａｌｅ ｆｅｍｔｏ／ｐｉｃｏ−ｓｅｃｏｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｕｍｐｓ ｉｎ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒｓ．" Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １７．２３ （２００９）： ２０７０７−２０７１３

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、ＦＤ−ＯＣＴの測定光に用いた場合に、深さ方向に十分な分解能を有する眼底部分の生体組織の画像が得られる、略１０５０ｎｍに中心波長を有する広帯域な光パルスを生成するファイバーリングレーザー、ファイバーリングレーザーが発生する光パルス、及びファイバーリングレーザーが発生する光パルスを光源とするＦＤ−ＯＣＴを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 励起光を発生する励起光源と、
前記励起光が入射される第１の光カップラーと、
前記第１の光カップラーから入射された前記励起光によって励起されるＹｂ添加ファイバーと、
前記励起光源が前記励起光を発生するとき、前記励起光によって励起された前記Ｙｂ添加ファイバーが放出する放出光を伝搬する第１のシングルモードファイバーと、
前記励起光が前記Ｙｂ添加ファイバーに入射する方向と逆方向の光伝搬を防ぐためのアイソレーターと、
を備え、前記放出光から光パルスを形成するファイバーリングレーザーであって、
前記第１のシングルモードファイバーの長さが５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下であることを特徴とするファイバーリングレーザーである。
前記ファイバーリングレーザーにおいては、励起光源が発生した前記励起光が前記Ｙｂ添加ファイバーに入射すると、前記放出光が放出される。前記放出光が前記第１のシングルモードファイバーを伝播し、前記アイソレーターを透過し、前記ファイバーリングレーザーのリング状の光路を周回すると、前記光パルスが形成される。このとき、前記第１のシングルモードファイバーの長さが５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下であるがために、眼底部分の生体組織の画像化に好適な、略１０５０ｎｍに中心波長を有する１００ｎｍ〜１１０ｎｍの広帯域な光パルスが形成される。
＜２＞ 前記＜１＞に記載のファイバーリングレーザーによって生成されることを特徴とする光パルスである。
＜３＞ 前記＜１＞に記載のファイバーリングレーザーと、
前記ファイバーリングレーザーから入射される前記光パルスを測定光及び参照光に分岐する分岐部と、
前記測定光を被測定物体に照射し、前記被測定物体からの反射光を受光する照射受光部と、
前記測定光が前記被測定物体に照射されたときに、前記反射光と前記参照光との干渉光を測定して測定データを生成する干渉光測定部と、
前記測定データから、前記被測定物体の複数の深さ位置における前記反射光の強度を算出して前記被測定物体の深さ方向の一次元断層画像を生成する画像生成部と、
を備えることを特徴とする光断層画像化装置である。
前記光断層画像化装置においては、前記＜１＞に記載のファイバーリングレーザーが前記光パルスを前記分岐部に入射すると、前記光パルスは、前記測定光及び前記参照光に分岐される。前記分岐部が前記測定光を前記照射受光部に入射し、前記照射受光部が前記測定光を前記被測定物体に照射すると、前記被測定物体から前記反射光が反射される。前記照射受光部が前記反射光を受光し、前記反射光を前記干渉光測定部に入射すると、前記測定光及び前記参照光の前記干渉光が測定され、前記測定データが生成される。前記画像生成部が前記測定データを入力すると、前記被測定物体の深さ方向の一次元断層画像が生成される。

本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、ＦＤ−ＯＣＴの測定光に用いた場合に、深さ方向に十分な分解能を有する眼底部分の生体組織の画像が得られる、略１０５０ｎｍに中心波長を有する１００ｎｍ〜１１０ｎｍの広帯域な光パルスを生成するファイバーリングレーザー、ファイバーリングレーザーが発生する光パルス、及びファイバーリングレーザーが発生する光パルスを光源とするＦＤ−ＯＣＴを提供することができる。

図１は、本発明に係るファイバーリングレーザーの一例であるファイバーリングレーザー１０００の概略図である。 図２は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生する光パルスの波形と通常のモードロック光パルスの波形とを示すグラフである。 図３は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生するノイズライク光パルスのスペクトル分布と従来のモードロック光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。 図４は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生するノイズライク光パルスの強度自己相関波形を示すグラフである。 図５は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生するノイズライク光パルスの干渉自己相関波形を示すグラフである。 図６は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、第２のλ／４波長板１１２０の光学軸を回転したときの、ノイズライク光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。 図７は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを変更したときの、ノイズライク光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。 図８は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さを変更したときの、ノイズライク光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。 図９は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００を備える光断層画像化装置の一例である光断層画像化装置２０００のブロック図である。

本発明のファイバーリングレーザーは、励起光を発生する励起光源と、励起光が入射される第１の光カップラーと、第１の光カップラーから入射された励起光によって励起されるＹｂ添加ファイバーと、励起光源が励起光を発生するとき、励起光によって励起されたＹｂ添加ファイバーが放出する放出光を伝搬する第１のシングルモードファイバーと、励起光が前記Ｙｂ添加ファイバーに入射する方向と逆方向の光伝搬を防ぐためのアイソレーターと、を備え、放出光が光パルスを形成し、第１のシングルモードファイバーの長さが５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下である。第１のシングルモードファイバーの長さを従来用いられていた１０ｃｍの長さのものより長くすることにより、ノイズライク発振が安定に発生する。第１のシングルモードファイバーの長さを７０ｃｍより長くすると、ノイズライク発振は発生せず、ＣＷ発振が発生する。第１のシングルモードファイバーの長さを２０ｃｍから７０ｃｍの範囲で変えた場合、５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下の場合に最も良好なノイズライク発振が発生する。
本発明に係るファイバーリングレーザーが発生するノイズライク光パルスは、眼底の診断用として光断層画像化装置に好適に使用でき、例えば、緑内障の発生機構に迫ることも期待できる。

Ｙｂ添加ファイバーの励起光の中心波長における吸収損失が２７００ｄＢ／ｍ以上２８００ｄＢ／ｍ以下であり、Ｙｂ添加ファイバーの長さが２０ｃｍ以上２９ｃｍ以下であるのが好ましい。Ｙｂ添加ファイバーの中心波長における吸収損失を従来用いられていた１２００ｄＢ／ｍのものより高い２７５０ｄＢ／ｍとし、従来用いられていた１５ｃｍの長さのものより長くすることにより、ノイズライク発振が安定に発生する。

Ｙｂ添加ファイバーの前記励起光の中心波長における吸収損失が２７００ｄＢ／ｍ以上２８００ｄＢ／ｍ以下であり、前記Ｙｂ添加ファイバーの長さを１としたときの第１のシングルモードファイバーの長さが、１．９６４以上２．４２８以下であるのが好ましい。前記Ｙｂ添加ファイバーの長さに応じて前記第１のシングルモードファイバーの長さを設定することにより、ノイズライク発振が安定に発生する。

ファイバーリングレーザーが、第１のシングルモードファイバーから出射される励起光及び放出光が入射される第１のコリメーターと、第１のコリメーターから出射される励起光及び放出光が入射される第１のλ／４波長板及び第１のλ／２波長板と、第１のλ／４波長板及び第１のλ／２波長板から出射される励起光及び放出光から、光パルスの一部を分離する偏光素子と、をさらに備えるのが好ましい。こうすると、ノイズライク光パルスを励起光から分離して取り出すことができ、残りの光は、ファイバーリングレーザーのリング状の光路をさらに周回する。偏光素子は、偏光ビームスプリッターであるのが好ましい。

ファイバーリングレーザーが、偏光素子から出射される光パルスの群速度分散を補償するための分散補償光学素子と、分散補償光学素子から出射された励起光及び放出光を反射してアイソレーターに入射する第１のミラーと、をさらに備えるのが好ましい。こうすると、光パルスの群速度分散による影響が補償されることにより、光パルスが整形される。

分散補償光学素子が、平行に配置された第１の回折格子及び第２の回折格子と、第２のミラーと、を備え、励起光が第１の回折格子及び第２の回折格子で回折され、第２のミラーで反射され、次いで第２の回折格子及び第１の回折格子で回折されると、光パルスの群速度分散による影響が補償されるのが好ましい。このように、受動光学素子を用いて群速度分散による影響を補償することにより、能動光学素子を用いる場合と比較して、ファイバーリングレーザーの構成がより簡潔になる。

ファイバーリングレーザーが、アイソレーターから出射される放出光が入射される第２のλ／４波長板と、第２のλ／４波長板から出射される放出光が入射される第２のコリメーターと、第２のコリメーターと第１の光カップラーとを結合する、第２のシングルモードファイバーと、を備えるのが好ましい。第２のλ／４波長板の光学軸を調節することによって、生成される光パルスのスペクトル分布を調節することができる。

ファイバーリングレーザーが、前記第１のλ／４波長板、前記第１のλ／２波長板、及び前記第２のλ／４波長板、前記偏光ビームスプリッター、前記第１の回折格子、前記第２の回折格子、及び前記第２のミラーの全てを備えるのが、さらに好ましい。前記第１のλ／４波長板、前記第１の１／２波長板で偏向方向を制御して、前記偏光ビームスプリッターで偏光制御された水平偏光部分のみをファイバーリングレーザー共振器から取り出すことができる。前記第１の回折格子、前記第２の回折格子、及び前記第２のミラー回折格子を使用すると、ファイバーリングレーザー共振器内の分散を制御することができる。

励起光源が、波長略９１５ｎｍの光又は波長略９７５ｎｍの励起光を発生するレーザーダイオードであるのが好ましい。Ｙｂ添加ファイバーは、励起光源からの励起光を吸収し、１０００ｎｍ〜１０７０ｎｍの放出光を放出する。

本発明の光パルスは、本発明のファイバーリングレーザーによって生成される。本発明に係るファイバーリングレーザーが発生するノイズライク光パルスにおいては、パルスの１つ１つの形状が異なるが、全体としては、多くの光パルスが集まって広いスペクトル分布が得られる。多くの光パルスを合わせると、スペクトル分布は、略１０５０ｎｍにピークがあり、かつ１００ｎｍ〜１１０ｎｍの広帯域になる。このようにして得られるノイズライク光パルスを光断層画像化装置の測定光パルスとして用いると、被測定物体が眼底部分の生体組織である場合、視神経乳頭の篩状板の深部の高解像度での観察を可能にする。本発明に係るノイズライク光パルスは、眼底の診断用として光断層画像化装置に好適に使用でき、例えば、緑内障の発生機構に迫ることも期待できる。

本発明の光断層画像化装置は、本発明のファイバーリングレーザーと、ファイバーリングレーザーから入射される光パルスを測定光及び参照光に分岐する分岐部と、測定光を被測定物体に照射し、被測定物体からの反射光を受光する照射受光部と、測定光が被測定物体に照射されたときに、反射光と参照光との干渉光を測定して測定データを生成する干渉光測定部と、測定データから、被測定物体の複数の深さ位置における反射光の強度を算出して被測定物体の深さ方向の一次元断層画像を生成する画像生成部と、を備える。本発明のファイバーリングレーザーから入射される光パルスを利用することにより、本発明の光断層画像化装置は、深さ方向に十分な分解能を有する眼底部分の生体組織の画像を得ることができる。

干渉光測定部が、分光素子と光センサとを備え、分光素子が、入射された干渉光を波長成分に分解し、光センサが、波長成分に分解された干渉光の波長成分毎の強度を測定することにより測定データを生成するのが好ましく、画像生成部は、フーリエ変換を用いて測定データから被測定物体の複数の深さ位置における反射光の強度を算出するのが好ましい。こうすると、タイムドメイン型の光断層画像化装置のように、複数の深さ位置に併せて複数回の測定を行わずに、一回の測定で被測定物体の複数の深さ位置における反射光の強度を算出できる。

照射検出部が、被測定物体の深さ方向に垂直な面内で被測定物体を走査する走査部を備え、画像生成部が、走査部が走査した面内のそれぞれの位置において生成された一次元断層画像から、測定物の３次元断層画像を生成するのが好ましい。このようにして得られる３次元断層画像は、被測定物体が眼底部分の生体組織である場合、視神経乳頭の篩状板の深部の高解像度での観察を可能にする。本発明に係る光断層画像化装置は、眼底の診断用として好適に使用でき、例えば、緑内障の発生機構に迫ることも期待できる。

図１は、本発明に係るファイバーリングレーザーの一例であるファイバーリングレーザー１０００の概略図である。ファイバーリングレーザー１０００は、励起光源１０１０、第１の光カップラー１０２０、Ｙｂ添加ファイバー１０３０、第１のシングルモードファイバー１０４０、第１のコリメーター１０５０、第１のλ／４波長板１０６０、第１のλ／２波長板１０７０、偏光素子１０８０、分散補償光学素子１０９０、第１のミラー１１００、アイソレーター１１１０、第２のλ／４波長板１１２０、第２のコリメーター１１３０、及び第２のシングルモードファイバー１１４０を備える。

励起光源１０１０は、ファイバーリングレーザー１０００が備えるＹｂ添加ファイバー１０３０を励起するための励起光を発生する。一例において、励起光源１０１０は、波長略９１５ｎｍの光又は波長略９７５ｎｍの低コヒーレント光を発生する光源であればよく、レーザーダイオードであってもよい。

励起光源１０１０からの励起光は、次いで第１の光カップラー１０２０を介して、Ｙｂ添加ファイバー１０３０、第１のシングルモードファイバー１０４０、第１のコリメーター１０５０、第１のλ／４波長板１０６０、第１のλ／２波長板１０７０、偏光素子１０８０、分散補償光学素子１０９０、第１のミラー１１００、アイソレーター１１１０、第２のλ／４波長板１１２０、第２のコリメーター１１３０、及び第２のシングルモードファイバー１１４０を備えるファイバーリングレーザー１０００のリング状の光路に入射される。励起光源１０１０及び第１の光カップラー１０２０は、シングルモードファイバーで結合されていてもよい。第１の光カップラー１０２０は、波長分割多重通信カップラー（ＷＤＭ）であってもよい。

第１の光カップラー１０２０を介してファイバーリングレーザー１０００のリング状の光路に入射された励起光は、次いでＹｂ添加ファイバー１０３０に入射される。Ｙｂ添加ファイバー１０３０は、励起光源からの波長略９１５ｎｍの光又は波長略９７５ｎｍの励起光を吸収し、１０３０ｎｍ〜１０７０ｎｍの放出光を放出する。一例において、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の励起光の中心波長における吸収損失が２７５０ｄＢ／ｍ以下であり、長さが２８ｃｍである。放出された波長１０３０ｎｍ〜１０７０ｎｍの放出光のうち、ファイバーリングレーザー１０００のリング状の光路を周回した放出光の同相成分と合成され、光パルスが生成される。生成された光パルスは、励起光とともにリング状の光路を周回する。Ｙｂ添加ファイバー１０３０が正の分散値を有するので、Ｙｂ添加ファイバー１０３０を伝搬した光パルスは、群速度分散の影響によりアップチャープされ、そのパルス幅が広がる。

ファイバーリングレーザー１０００において用いられるファイバーは、偏波無依存であるのが好ましい。こうすると、ファイバー内で発生する非線形偏波回転により、ファイバー内で励起光の偏光は、楕円偏光で回転しながら伝搬する。
ファイバーリングレーザー１０００を設置する際に、Ｙｂ添加ファイバー１０３０及び第１のシングルモードファイバー１０４０の長さ及び配置を決定すると、それに応じて励起光がＹｂ添加ファイバー１０３０及び第１のシングルモードファイバー１０４０を伝搬した時の偏光状態が決定される。

第１のシングルモードファイバー１０４０及び第１のコリメーター１０５０を通過した光は、第１のλ／４波長板１０６０に入射される。第１のλ／４波長板１０６０において、励起光の偏光を、楕円偏光から直線偏光に戻すように、第１のλ／４波長板１０６０の光学軸を調節しておくのが好ましい。第１のλ／４波長板１０６０を出射した光は、第１のλ／２波長板１０７０に入射される。第１のλ／２波長板１０７０において、前記直線偏光の偏光方向が回転される。

第１のλ／２波長板１０７０を出射した光パルスは、次いで励起光とともに偏光素子１０８０に入射される。偏光素子１０８０は、入射された光を偏光成分に分離する。一例において、偏光素子１０８０は、偏光ビームスプリッターであるのが好ましい。前記直線偏光の偏光方向を、偏光素子１０８０のＰ偏光方向に回転するように、第１のλ／２波長板１０７０の光学軸を調節しておくのが好ましい。偏光素子１０８０は、第１のλ／２波長板１０７０を透過してＰ偏光となった励起光を透過する一方、励起光とともに偏光素子１０８０に入射した光パルスのＰ偏光成分を透過し、偏光素子１０８０と同じ水平偏光を有する、光パルスのＳ偏光成分を反射する。反射された光パルスは、ファイバーリングレーザー１０００の出力光パルスとして、励起光から分離された状態で取り出すことができる。

偏光素子１０８０を透過した光パルスは、次いで励起光とともに、分散補償光学素子１０９０に入射される。分散補償光学素子１０９０は、光パルスの群速度分散による影響を補償して、光パルスを整形する。

一例において、分散補償光学素子１０９０は、一対の平行に配置された回折格子１０９２，１０９４及び第２のミラー１０９６を備えてもよい。分散補償光学素子１０９０は、回折格子が異なる周波数成分を異なる方向に回折する性質を利用して、平行に配置された一対の回折格子１０９２，１０９４及び第２のミラー１０９６を用いて光路長を周波数成分に応じて変化させることにより、入射された光パルスの群速度分散による影響を補償する。分散補償光学素子１０９０として、回折格子１０９２，１０９４の代わりに波長１０００ｎｍ帯における負分散を有するファイバーを用いてもよい。

分散補償光学素子１０９０を透過した光パルスは、次いで第１のミラー１１００で反射されてアイソレーター１１１０に入射される。アイソレーター１１１０は、一方向の光を透過し逆方向の光を遮る。

アイソレーター１１１０を透過した光パルスは、第２のλ／４波長板１１２０を介して第２のコリメーター１１３０に入射される。第２のコリメーター１１３０から出射された光パルスは、第２のシングルモードファイバー１１４０を伝搬して、第１の光カップラー１０２０に入射され、ファイバーリングレーザー１０００のリング状の光路を反時計回りの向きに周回する。

図２は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生する光パルスの波形と従来のモードロック光パルスの波形とを示すグラフである。上段には、従来のモードロック光パルスが示され、下段には、ファイバーリングレーザー１０００が発生する光パルスが示されている。従来のモードロック光パルスの１つ１つが同じ形状を有しているのに対し、ファイバーリングレーザー１０００が発生する光パルスは、１つ１つの形状が異なっており、ノイズライク光パルスであることがわかる。

図３は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生するノイズライク光パルスのスペクトル分布と従来のモードロック光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。グラフ中にラベルＭＬで示される従来のモードロック光パルスのスペクトル分布は、波長略１０２０ｎｍと波長略１０９０ｎｍにピークがあり、その間が沈んでいる形状を有している。一方、グラフ中にラベルＮＬで示されるファイバーリングレーザー１０００のスペクトル分布は、波長略１０５０ｎｍと波長略１１００ｎｍにピークを有する、釣鐘状の形状を有する。このような略釣鐘状の形状をしたスペクトル分布を有する光パルスは、光パルスのスペクトル分布を補正するためのスペクトル分布補正フィルタを適用することなく干渉計の原理を応用した本発明に係る光断層画像化装置のパルス光源として使用できるので、好適である。

このように、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生するノイズライク光パルスにおいては、光パルスの１つ１つの形状が異なるが、全体としては、多くの光パルスが集まって広いスペクトル分布が得られる。多くの光パルスを合わせると、スペクトル分布は、波長略１０５０ｎｍ及び波長略１１００ｎｍにピークがあり、１００ｎｍ〜１１０ｎｍの広帯域になり、かつ安定している。

図４及び図５は、それぞれ本発明に係るファイバーリングレーザー１０００が発生するノイズライク光パルスの強度自己相関波形及び干渉自己相関波形を示すグラフである。時点差ゼロピコ秒において、略１００フェムト秒程度の幅を有するスパイクが観測される。このようなスパイクは、従来のモードロック光パルスの自己相関波形を示すグラフにおいては観測されないものであり、ノイズライク光パルスを特徴づけるものである。ファイバーリングレーザー１０００においては、第１のシングルモードファイバー１０４０とＹｂ添加ファイバー１０３０との非線形効果により、このようなノイズライク光パルスが生成された可能性があると考えられる。

本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下としたことが本発明の特徴の一つである。非線形位相シフトによる空間ビーム形状のひずみとパルス形状の崩壊を起こさないようにするためには第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを短くしなければならないと思われていた。従来、第１のシングルモードファイバー１０４０は１０ｃｍの長さのものが用いられていた。しかしながら、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを５８ｃｍとしたファイバーリングレーザー１０００は、図２〜図５に示された結果から、ノイズライク発振していることがわかる。第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下とした場合にも、ファイバーリングレーザー１０００がノイズライク発振していることが観測された。

本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを２０ｃｍから７０ｃｍの範囲で変えた場合、５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下の場合に最も良好なノイズライク発振が発生し、７０ｃｍを超えると、ＣＷ発振が発生した。このように、ファイバーリングレーザー１０００において、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さには臨界性があることが分かる。

本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の励起光の中心波長における吸収損失が２７５０ｄＢ／ｍであり、長さが２８ｃｍである点も、本発明の特徴の一つである。従来、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さを長くすると再吸収が発生して発振強度が弱くなると考えられており、中心波長における吸収損失が１２００ｄＢ／ｍのＹｂ添加ファイバーが３０ｃｍの長さだけ使われるか、又は中心波長における吸収損失が２７５０ｄＢ／ｍのＹｂ添加ファイバーが１５ｃｍの長さだけ使われるかのいずれかであった。

図６は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、第２のλ／４波長板１１２０の光学軸を回転したときの、ノイズライク光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。このように、ファイバーリングレーザー１０００の発生するノイズライク光パルスのスペクトル分布は、第２のλ／４波長板１１２０の光学軸の向きにも依存することが判る。光学軸を調整してファイバーリングレーザー共振器内に蓄積するエネルギーを制御し、非線形効果の強度を制御すると、図３に示すような好ましいスペクトル分布が形成される。

図７は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを変更したときの、ノイズライク光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。図７において、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さは、いずれも２８ｃｍである。第１のシングルモードファイバー１０４０の長さが５８ｃｍ及び６６ｃｍの場合は、スペクトル分布の形状が略釣鐘型である良好なノイズライク光パルスが発生するのに対し、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さが２３ｃｍの場合は、波長略１０００ｎｍ、波長略１０３０ｎｍ、及び波長略１０７０ｎｍにピークがあり、その間が沈んでいる形状を有している。

図８は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さを変更したときの、ノイズライク光パルスのスペクトル分布を示すグラフである。図８において、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さは、いずれも５８ｃｍである。いずれの場合も、スペクトル分布の形状が略釣鐘型であるノイズライク光パルスが発生する。Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さが１７ｃｍ、２０ｃｍ、２８ｃｍの場合のスペクトル分布の半値全幅は、それぞれ略５０ｎｍ、略１００ｎｍ、略１２０ｎｍであり、Ｙｂ添加ファイバー１０３０が長いほど、スペクトル分布幅が広がっている。

本発明に係るファイバーリングレーザー１０００において、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さにあわせて第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを調節してもよい。一例において、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さと１としたときに、第１のシングルモードファイバー１０４０の長さが１．９６４以上２．４２８以下となるように、Ｙｂ添加ファイバー１０３０の長さにあわせて第１のシングルモードファイバー１０４０の長さを調節してもよい。

図９は、本発明に係るファイバーリングレーザー１０００を備える光断層画像化装置の一例である光断層画像化装置２０００のブロック図である。光断層画像化装置２０００は、パルス光源発生部２０１０と、分岐合成部２０２０と、照射検出部２０３０と、参照光反射部２０５０と、干渉光測定部２０６０と、画像生成部２０７０とを備える。光断層画像化装置２０００は、被測定物体２０４０の断層画像を画像生成部２０７０から出力する。光断層画像化装置２０００は、マイケルソン型の干渉計を用いた構成を有するが、これに代えてマッハツェンダー型の干渉計を用いてもよい。

パルス光源発生部２０１０から入射される光パルスは、分岐合成部２０２０において測定光パルス及び参照光パルスに分岐される。パルス光源発生部２０１０は、ファイバーリングレーザー１０００であってもよい。分岐合成部２０２０は、偏光ビームスプリッターであってもよい。

分岐合成部２０２０において測定光に分岐された測定光パルスは、照射検出部２０３０に入射される。照射検出部２０３０は、一例において走査部を備える。走査部が、被測定物体２０４０の深さ方向に垂直な面内で被測定物体２０４０を走査する間に、照射検出部２０３０は被測定物体２０４０に測定光パルスを照射する。走査部は、ガルバノスキャナーであってもよい。

被測定物体２０４０において反射された測定光パルスは、照射検出部２０３０を介して、分岐合成部２０２０に入射され、参照光反射部２０５０において反射された参照光パルスと合成されて干渉光パルスとなり、干渉光測定部２０６０に入射される。本実施形態においては、測定光パルス及び参照光パルスの分岐及び合成は、ともに分岐合成部２０２０において行われているが、分岐及び合成は、それぞれ別の光学素子によって行われてもよい。

干渉光測定部２０６０は、入射された干渉光パルスを、例えば、回折格子やプリズム等の分光素子を用いて波長成分に分解する。次いで、干渉光測定部２０６０は、光センサを用いて波長成分に分解された干渉光パルスの波長成分毎の強度を測定して測定データを生成し、生成された測定データを画像生成部２０７０に入力する。光センサは、ラインセンサであってもよい。

画像生成部２０７０は、測定データを入力し、フーリエ変換を用いて測定データから被測定物体２０４０の複数の深さ位置における前記反射光の強度を算出して、被測定物体の深さ方向の一次元断層画像を生成する。フーリエ変換は、高速フーリエ変換アルゴリズム等を用いた数値計算で行われてもよい。一例において、照射検出部２０３０が備える走査部が走査したそれぞれの位置において画像生成部２０７０が生成した一次元断層画像を寄せ集めることにより、画像生成部２０は、被測定物体２０４０の３次元断層画像を生成する。被測定物体２０４０が眼底部分の生体組織である場合、このようにして得られる３次元断層画像は、視神経乳頭の篩状板の深部の高解像度での観察を可能にする。本発明に係る光断層画像化装置は、眼底の診断用として好適に使用でき、例えば、緑内障の発生機構に迫ることも期待できる。

以上、本発明のファイバーリングレーザー、本発明のファイバーリングレーザーが生成する光パルス、及び本発明のファイバーリングレーザーが生成する光パルスをパルス光源とする光断層画像化装置について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更しても差し支えない。

本発明の態様としては、例えば、以下のものなどが挙げられる。
＜１＞ 励起光を発生する励起光源と、
前記励起光が入射される第１の光カップラーと、
前記第１の光カップラーから入射された前記励起光によって励起されるＹｂ添加ファイバーと、
前記励起光源が前記励起光を発生するとき、前記励起光によって励起された前記Ｙｂ添加ファイバーが放出する放出光を伝搬する第１のシングルモードファイバーと、
前記励起光が前記Ｙｂ添加ファイバーに入射する方向と逆方向の光伝搬を防ぐためのアイソレーターと、
を備え、前記放出光から光パルスを形成するファイバーリングレーザーであって、
前記第１のシングルモードファイバーの長さが５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下であることを特徴とするファイバーリングレーザーである。
＜２＞ 前記Ｙｂ添加ファイバーの前記励起光の中心波長における吸収損失が２７００ｄＢ／ｍ以上２８００ｄＢ／ｍ以下であり、前記Ｙｂ添加ファイバーの長さが２０ｃｍ以上２９ｃｍ以下である、前記＜１＞に記載のファイバーリングレーザーである。
＜３＞ 前記Ｙｂ添加ファイバーの前記励起光の中心波長における吸収損失が２７００ｄＢ／ｍ以上２８００ｄＢ／ｍ以下であり、前記Ｙｂ添加ファイバーの長さを１としたときの前記第１のシングルモードファイバーの長さが、１．９６４以上２．４２８以下である、前記＜１＞に記載のファイバーリングレーザーである。
＜４＞ 前記第１のシングルモードファイバーの長さが５８ｃｍである、前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のファイバーリングレーザーである。
＜５＞ 前記第１のシングルモードファイバーから出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第１のコリメーターと、
前記第１のコリメーターから出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第１のλ／４波長板及び第１のλ／２波長板と、
前記第１のλ／４波長板及び第１のλ／２波長板から出射される前記励起光及び前記放出光から、前記光パルスの一部を分離する偏光素子と、
をさらに備える、前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載のファイバーリングレーザーである。
＜６＞ 前記偏光素子は、偏光ビームスプリッターである、前記＜５＞に記載のファイバーリングレーザーである。
＜７＞ 前記偏光素子から出射される前記光パルスの群速度分散を補償するための分散補償光学素子と、
前記分散補償光学素子から出射された前記励起光及び前記放出光を反射して前記アイソレーターに入射する第１のミラーと、
をさらに備える、前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載のファイバーリングレーザーである。
＜８＞ 前記分散補償光学素子は、
平行に配置された第１の回折格子及び第２の回折格子と、
第２のミラーと、
を備え、
前記励起光が前記第１の回折格子及び前記第２の回折格子で回折され、前記第２のミラーで反射され、次いで前記第２の回折格子及び前記第１の回折格子で回折されると、前記光パルスの群速度分散による影響が補償される、前記＜７＞に記載のファイバーリングレーザーである。
＜９＞ 前記アイソレーターから出射される前記放出光が入射される第２のλ／４波長板と、
前記第２のλ／４波長板から出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第２のコリメーターと、
前記第２のコリメーターと第１の光カップラーとを結合する、第２のシングルモードファイバーと、
を備える、前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載のファイバーリングレーザーである。
＜１０＞ 前記励起光源は、波長略９１５ｎｍの光又は波長略９７５ｎｍの励起光を発生するレーザーダイオードである、前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載のファイバーリングレーザーである。
＜１１＞ 前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載のファイバーリングレーザーによって生成された光パルスである。
＜１２＞
前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載のファイバーリングレーザーと、
前記ファイバーリングレーザーから入射される光パルスを測定光及び参照光に分岐する分岐部と、
前記測定光を被測定物体に照射し、前記被測定物体からの反射光を受光する照射受光部と、
前記測定光が前記被測定物体に照射されたときに、前記反射光と前記参照光との干渉光を測定して測定データを生成する干渉光測定部と、
前記測定データから、前記被測定物体の複数の深さ位置における前記反射光の強度を算出して前記被測定物体の深さ方向の一次元断層画像を生成する画像生成部と、
を備える光断層画像化装置である。
＜１３＞ 前記干渉光測定部は、分光素子と光センサとを備え、
前記分光素子が、入射された前記干渉光を波長成分に分解し、
前記光センサが、波長成分に分解された前記干渉光の波長成分毎の強度を測定することにより測定データを生成する、前記＜１２＞に記載の光断層画像化装置である。
＜１４＞ 前記画像生成部は、フーリエ変換を用いて前記測定データから前記被測定物体の複数の深さ位置における前記反射光の強度を算出する、前記＜１２＞から＜１３＞のいずれかに記載の光断層画像化装置である。
＜１５＞ 前記照射検出部は、前記被測定物体の深さ方向に垂直な面内で前記被測定物体を走査する走査部を備え、前記画像生成部は、前記走査部が走査した前記面内のそれぞれの位置において生成された前記一次元断層画像から、前記測定物の３次元断層画像を生成する、前記＜１２＞から＜１４＞のいずれかに記載の光断層画像化装置である。

Claims (11)

1. 励起光を発生する励起光源と、
   前記励起光が入射される第１の光カップラーと、
   前記第１の光カップラーから入射された前記励起光によって励起されるＹｂ添加ファイバーと、
   前記励起光源が前記励起光を発生するとき、前記励起光によって励起された前記Ｙｂ添加ファイバーが放出する放出光を伝搬する第１のシングルモードファイバーと、
   前記励起光が前記Ｙｂ添加ファイバーに入射する方向と逆方向の光伝搬を防ぐためのアイソレーターと、
   を備え、前記放出光から光パルスを形成するファイバーリングレーザーであって、
   前記第１のシングルモードファイバーの長さが５５ｃｍ以上６８ｃｍ以下であることを特徴とするファイバーリングレーザー。
2. 前記Ｙｂ添加ファイバーの前記励起光の中心波長における吸収損失が２７００ｄＢ／ｍ以上２８００ｄＢ／ｍ以下であり、前記Ｙｂ添加ファイバーの長さが２０ｃｍ以上２９ｃｍ以下である、請求項１に記載のファイバーリングレーザー。
3. 前記Ｙｂ添加ファイバーの前記励起光の中心波長における吸収損失が２７００ｄＢ／ｍ以上２８００ｄＢ／ｍ以下であり、前記Ｙｂ添加ファイバーの長さを１としたときの前記第１のシングルモードファイバーの長さが、１．９６４以上２．４２８以下である、請求項１に記載のファイバーリングレーザー。
4. 前記第１のシングルモードファイバーから出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第１のコリメーターと、
   前記第１のコリメーターから出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第１のλ／４波長板及び第１のλ／２波長板と、
   前記第１のλ／４波長板及び第１のλ／２波長板から出射される前記励起光及び前記放出光から、前記光パルスの一部を分離する偏光素子と、
   をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載のファイバーリングレーザー。
5. 前記偏光素子から出射される前記光パルスの群速度分散を補償するための分散補償光学素子と、
   前記分散補償光学素子から出射された前記励起光及び前記放出光を反射して前記アイソレーターに入射する第１のミラーと、
   をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載のファイバーリングレーザー。
6. 前記分散補償光学素子は、
   平行に配置された第１の回折格子及び第２の回折格子と、
   第２のミラーと、
   を備え、
   前記励起光が前記第１の回折格子及び前記第２の回折格子で回折され、前記第２のミラーで反射され、次いで前記第２の回折格子及び前記第１の回折格子で回折されると、前記光パルスの群速度分散による影響が補償される、請求項５に記載のファイバーリングレーザー。
7. 前記アイソレーターから出射される前記放出光が入射される第２のλ／４波長板と、
   前記第２のλ／４波長板から出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第２のコリメーターと、
   前記第２のコリメーターと前記第１の光カップラーとを結合する、第２のシングルモードファイバーと、
   を備える、請求項１から６のいずれかに記載のファイバーリングレーザー。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のファイバーリングレーザーによって生成されることを特徴とする光パルス。
9. 請求項１から７のいずれかに記載のファイバーリングレーザーと、
   前記ファイバーリングレーザーから入射される光パルスを測定光及び参照光に分岐する分岐部と、
   前記測定光を被測定物体に照射し、前記被測定物体からの反射光を受光する照射受光部と、
   前記測定光が前記被測定物体に照射されたときに、前記反射光と前記参照光との干渉光を測定して測定データを生成する干渉光測定部と、
   前記測定データから、前記被測定物体の複数の深さ位置における前記反射光の強度を算出して前記被測定物体の深さ方向の一次元断層画像を生成する画像生成部と、
   を備えることを特徴とする光断層画像化装置。
10. 前記干渉光測定部は、分光素子と光センサとを備え、
    前記分光素子が、入射された前記干渉光を波長成分に分解し、
    前記光センサが、波長成分に分解された前記干渉光の波長成分毎の強度を測定することにより測定データを生成する、請求項９に記載の光断層画像化装置。
11. 前記照射検出部は、前記被測定物体の深さ方向に垂直な面内で前記被測定物体を走査する走査部を備え、前記画像生成部は、前記走査部が走査した前記面内のそれぞれの位置において生成された前記一次元断層画像から、前記測定物の３次元断層画像を生成する、請求項９から１０のいずれかに記載の光断層画像化装置。