JP2019106488A - Wavelength sweeping light source - Google Patents
Wavelength sweeping light source Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019106488A JP2019106488A JP2017238999A JP2017238999A JP2019106488A JP 2019106488 A JP2019106488 A JP 2019106488A JP 2017238999 A JP2017238999 A JP 2017238999A JP 2017238999 A JP2017238999 A JP 2017238999A JP 2019106488 A JP2019106488 A JP 2019106488A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- unit
- wavelength
- light source
- intensity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、瞬間的に狭いスペクトルが周期的に波長軸上で掃引される波長掃引光源に関する。 The present invention relates to a wavelength swept light source in which a narrow spectrum is instantaneously swept periodically on the wavelength axis.
光干渉断層画像診断法(Optical Coherence Tomography,OCT)の一方式に、瞬間的に狭いレーザスペクトルが周期的に波長軸上で掃引される波長掃引光源を用いたスウェプトソースOCT(SS−OCT)がある。SS−OCTは分光器を必要としないフーリエドメインOCT(FD−OCT)の一形態として知られる。 As a method of optical coherence tomography (OCT), swept source OCT (SS-OCT) using a wavelength-swept light source in which a narrow laser spectrum is periodically swept on the wavelength axis is used. is there. SS-OCT is known as a form of Fourier domain OCT (FD-OCT) that does not require a spectrometer.
FD−OCTのもう一形態であるスペクトルドメインOCT(SD−OCT)では干渉信号を分光し、空間的な光強度分布としてOCT信号が得られるが、この場合光検出には解像度の高いアレイディテクタが必要となる。ここでのOCT信号とは断層の情報を含む信号であり、干渉させる際の2光波間の遅延差に応じて強度分布の空間周波数が変化する。 Spectral domain OCT (SD-OCT), another form of FD-OCT, separates the interference signal and obtains an OCT signal as a spatial light intensity distribution. In this case, a high-resolution array detector is used for light detection. It will be necessary. The OCT signal here is a signal including tomographic information, and the spatial frequency of the intensity distribution changes according to the delay difference between the two light waves at the time of interference.
一方でSS−OCTでは、狭線幅光源のスペクトルを直接時間的に波長または周波数軸上で掃引するため、時間的に分光されているとみなすことができ、一般的な光検出器により時間波形としてOCT信号を取得できる。奥行き情報は、干渉信号のそのままの周波数に対応する。そのためアレイディテクタの速度でSD−OCTの撮像速度が制限される1μm帯や1.3μm帯といった近赤外より長波長のOCTで主に用いられる。 On the other hand, in SS-OCT, since the spectrum of a narrow linewidth light source is swept directly on the wavelength or frequency axis in time, it can be regarded as being temporally dispersed, and a general photodetector detects a time waveform As an OCT signal. The depth information corresponds to the raw frequency of the interference signal. Therefore, it is mainly used in OCT of longer wavelength than near infrared such as 1 μm band or 1.3 μm band in which the imaging speed of SD-OCT is limited by the speed of the array detector.
波長掃引光源を用いるSS−OCTで重要となるのが、深さ方向の計測限界深度に関わる波長掃引光源の瞬時のレーザ線幅である。この瞬時線幅の逆数はコヒーレンス長に比例し、観測対象内部の反射点の深さがコヒーレンス長の1/4にあたるときOCT信号が6dB減衰するため、奥行方向のダイナミックレンジを表す1つの指標として用いられる。 What is important in SS-OCT using a wavelength-swept light source is the instantaneous laser linewidth of the wavelength-swept light source associated with the measurement limit depth in the depth direction. The inverse of the instantaneous line width is proportional to the coherence length, and the OCT signal attenuates by 6 dB when the depth of the reflection point inside the observation object corresponds to 1⁄4 of the coherence length, so it is one index that represents the dynamic range in the depth direction. Used.
一般的にレーザが発振し、線幅が狭窄化するまでには一定の時間を要するため、発振波長が常に変化する波長掃引光源では、レーザ線幅は掃引速度とトレードオフの関係にあることが報告されている(非特許文献1参照)。つまり掃引周波数の高い波長掃引光源では、波長の時間変化が速く、各波長に許された周回時間が短く周回数も減少するためレーザ線幅が広くなる。 Generally, it takes a certain amount of time for the laser to oscillate and the line width to be narrowed, so in the case of a wavelength swept light source where the oscillation wavelength constantly changes, the laser line width has a trade-off relationship with the sweep speed. It is reported (refer nonpatent literature 1). That is, in the case of a wavelength sweeping light source having a high sweeping frequency, the time change of the wavelength is fast, the rounding time permitted for each wavelength is short, and the number of turns is also reduced, so that the laser line width becomes wide.
このトレードオフの関係を打破する技術がフーリエドメインモードロック(FDML)レーザである(非特許文献2参照)。FDMLレーザの基本構成要素は光増幅器、波長選択器、光遅延器および光パワーの一部を共振器から取り出す光取り出し器である。これら構成要素間は自由空間もしくは導波路といった光伝搬によって光学的に接続されている。波長選択器により瞬間的な波長および波長の変化が決定され、波長を連続的に変化させることで波長掃引を実現する。 A technique for breaking this trade-off relationship is the Fourier domain mode lock (FDML) laser (see Non-Patent Document 2). The basic components of the FDML laser are an optical amplifier, a wavelength selector, an optical delay, and an optical extractor that extracts part of the optical power from the resonator. The components are optically connected by light propagation such as free space or a waveguide. The wavelength selector determines an instantaneous wavelength and wavelength change, and the wavelength sweep is realized by continuously changing the wavelength.
光遅延器では波長選択器の一掃引周期もしくはその整数倍に相当する時間だけ光を遅延させる。これにより波長選択器の掃引動作と光周回を同期させることができ、掃引帯域内の全波長のレーザ光を共振器内に蓄積することができる。そのため掃引周波数が高い場合でも光の共振器周回数を低下させることなく、波長選択器における累積フィルタリング効果によってレーザ線幅を狭窄化できる。 The optical delay delays the light for a time corresponding to one sweep period of the wavelength selector or an integral multiple thereof. This makes it possible to synchronize the sweep operation of the wavelength selector and the optical circulation, and to store laser light of all wavelengths within the sweep band in the resonator. Therefore, even when the sweep frequency is high, the laser line width can be narrowed by the cumulative filtering effect in the wavelength selector without reducing the number of light resonators.
図1に、従来のリング型の波長掃引光源の構成例を示す。このリング型波長掃引光源は、光増幅器110、アイソレータ120、偏波コントローラ130、波長フィルタ140、光カプラ160、光遅延ファイバ170が配置されたリング共振器を構成するファイバリングおよび波長フィルタ140が備える光偏向器145を駆動するドライバ装置150からなる。
FIG. 1 shows a configuration example of a conventional ring-type wavelength swept light source. The ring-shaped wavelength swept light source includes a fiber ring and a
光源の掃引帯域幅以上の波長域において光増幅効果を有する光増幅器110から出力された広いスペクトルを持つ自然放出光は、アイソレータ120、偏波コントローラ130を通過し、サーキュレータ141によって自由空間光学系である波長フィルタ140に導入される。ファイバ出射端に配置したコリメータレンズ142によって平行光線とした後、半波長板143、偏光ビームスプリッタ144を通過し、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTN)光偏向器145および回折格子146に入射する。
The spontaneous emission light having a broad spectrum output from the
このとき、偏光ビームスプリッタ144をKTN光偏向器145が有する偏光依存性に適合する偏光状態の光が入射するように配置し、偏波コントローラ130および半波長板143を用いて、偏光ビームスプリッタ144を透過する光パワーが最大となるよう偏光状態の最適化を行う。尚、偏波コントローラ130、半波長板143および偏光ビームスプリッタ144を用いる代わりに、光遅延ファイバ170を含むリングファイバを偏波保持ファイバ(PMファイバ)とし、ファイバリングを周回する光がKTN光偏向器145の偏光依存性に適合する偏光状態を維持するようにしても良い。
At this time, the
波長フィルタ140では、ドライバ装置150がKTN光偏向器145に出力する電圧波形に応じて選択波長が決定される。KTN光偏向器145および回折格子146において波長選択された反射光は、入射経路と同経路を辿ってサーキュレータ141からファイバリングに戻される。
In the
サーキュレータ141によってファイバリングに戻された光は、光分岐素子160でその一部がファイバリングから取り出され、これが波長選択光源の出力光となる。残りの光は、再びファイバリングを辿って光遅延ファイバ170を通過し、光増幅器110に帰還される。
A part of the light returned to the fiber ring by the
波長フィルタ140はドライバ装置150からの駆動電圧波形に応じた波長選択動作を行う。ここではKTN光偏向器145に対して周波数200kHzの正弦波を印加する。つまりフィルタ波長140は周期的に掃引されており、光遅延ファイバ170の長さは光が共振器全体を一周するのに要する時間が波長フィルタ140の掃引周期と同一またはその整数倍となる。これによって波長フィルタ140によって選択された波長の光はファイバリングを一周したのち再び波長フィルタ140を通過する際に波長フィルタ140の次掃引の同一波長を選択するタイミングと一致し、最小の損失で再度フィルタリング効果を受けることができる。この現象は掃引帯域内の全波長で起こる。
The
このFDMLレーザの動作条件は、波長選択器の掃引周波数が光の共振器周回時間によって決まる自由スペクトル領域(FSR)と一致もしくはFSRの整数倍に一致することである。一般的なOCT用波長掃引光源の掃引周波数は数十から数百kHzであるため、これに相当するFSRを得るためには光遅延器は数kmの光路長を有する必要がある。この長さの光遅延を与える場合は光ファイバが好適である。 The operating condition of this FDML laser is that the sweeping frequency of the wavelength selector coincides with the free spectral range (FSR) determined by the cavity rounding time of light or an integer multiple of FSR. Since the sweep frequency of a general OCT wavelength swept light source is tens to hundreds of kHz, it is necessary to have an optical path length of several kilometers in order to obtain an equivalent FSR. An optical fiber is preferred when providing an optical delay of this length.
しかしながら、長い光ファイバを使用すると共振器長が変化し易く、それによりリング共振器の周回周期と波長フィルタの掃引周期との同期ずれが生じるという課題がある。kmオーダーの長さを有する光ファイバでは微小な温度変化でもその長さ変化はFDML動作にとっては無視できない程の同期ずれを引き起こす。そのため、従来のFDMLレーザでは安定した動作や狭いレーザ線幅を実現するには、長い光ファイバを含む共振器全体の温度制御を行う必要があった。 However, when a long optical fiber is used, there is a problem that the resonator length is easily changed, which causes a desynchronization between the loop period of the ring resonator and the sweep period of the wavelength filter. In an optical fiber having a length on the order of km, even with a slight temperature change, the change in length causes a desynchronization that can not be ignored for FDML operation. Therefore, in the conventional FDML laser, it is necessary to control the temperature of the entire resonator including a long optical fiber in order to realize stable operation and narrow laser line width.
一般に温度制御は制御対象の体積に比例して大出力を必要とするが、FDMLレーザでは非常に狭い温度変動範囲に安定化させる必要があるため、大規模な温度制御装置も必要になる。そのため、従来のFDMLレーザでは安定動作および低コスト化に課題があった。 In general, temperature control requires a large output in proportion to the volume to be controlled, but the FDML laser needs to be stabilized within a very narrow temperature fluctuation range, so a large-scale temperature control device is also required. Therefore, the conventional FDML laser has a problem in stable operation and cost reduction.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、波長選択器の掃引周波数を共振器長変化に応じて制御することによって安定なFDML動作を実現した波長掃引光源を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to control the sweep frequency of the wavelength selector in accordance with the change of the resonator length, thereby achieving the wavelength sweep that achieves stable FDML operation. It is to provide a light source.
上記の課題を解決するために、本発明は、波長掃引光源であって、所定の波長帯の光を出射する光増幅部と、前記光増幅部から出射された光のうち、所定の波長掃引周波数で波長が変化する光を反射する波長選択部と、前記波長選択部から出力された光を2分岐して、一方の分岐光を前記光増幅部に帰還させ、他方の分岐光を出力光として出力する第1の光分岐部と、前記光増幅部と前記波長選択部との間に配置された光遅延部と、を含む共振器部、および前記波長掃引周波数を少なくとも前記光遅延部の光路長の変化に応じて調整するよう前記波長選択部を制御する安定化機構部であって、前記波長掃引周波数で強度変調された参照光を出力する光源部と、前記光遅延部に入力される光と前記参照光とを合波し、前記光遅延部から出力された前記参照光を分波する光合分波部と、前記光合分波部で分波された前記参照光の光強度を測定する光検出部と、前記光検出部から出力される前記参照光の光強度信号波形と前記光源部の強度変調信号波形との位相差を前記出力光が最大、または、所定の値になるときの位相差になるように、前記波長掃引周波数を調整するフィードバック制御部とを含む安定化機構部を備えたことを特徴する。 In order to solve the above problems, the present invention is a wavelength sweeping light source, and an optical amplification unit for emitting light of a predetermined wavelength band, and a predetermined wavelength sweeping of light emitted from the optical amplification unit A wavelength selection unit that reflects light whose wavelength changes according to frequency, and the light output from the wavelength selection unit is branched into two, one branched light is fed back to the optical amplification unit, and the other branched light is output light A resonator unit including a first light branching unit for outputting as a light source and a light delaying unit disposed between the light amplifying unit and the wavelength selecting unit; and a wavelength sweeping frequency of at least A stabilization mechanism unit that controls the wavelength selection unit to adjust in accordance with a change in optical path length, and a light source unit that outputs reference light intensity-modulated at the wavelength sweep frequency; Light and the reference light are combined and output from the optical delay unit. An optical multiplexing / demultiplexing unit that demultiplexes the reference light, a light detection unit that measures the light intensity of the reference light demultiplexed by the optical multiplexing / demultiplexing unit, and the light of the reference light output from the light detection unit A feedback control unit that adjusts the wavelength sweep frequency such that the phase difference between the intensity signal waveform and the intensity modulated signal waveform of the light source unit becomes the phase difference when the output light has a maximum value or a predetermined value; And a stabilization mechanism unit including the
本発明の別の態様では、前記フィードバック制御部は、前記参照光の光強度信号波形が前記光源部の強度変調信号波形に対して時間的に遅れているとき前記波長掃引周波数を低くし、前記参照光の光強度信号波形が前記光源部の強度変調信号波形に対して時間的に進んでいるとき前記波長掃引周波数を高くすることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, the feedback control unit lowers the wavelength sweep frequency when the light intensity signal waveform of the reference light is delayed in time with respect to the intensity modulation signal waveform of the light source unit, The wavelength sweeping frequency may be increased when the light intensity signal waveform of the reference light temporally advances with respect to the intensity modulated signal waveform of the light source unit.
本発明の別の態様では、前記参照光は、前記光増幅部の増幅帯域に入らない周波数を有することを特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized in that the reference light has a frequency which does not enter the amplification band of the light amplification section.
本発明の別の態様では、前記共振器部は、伝搬する光の偏光状態を保持することを特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized in that the resonator unit holds the polarization state of propagating light.
本発明の別の態様では、前記波長選択部は、KTN光偏向器および回折格子を含むことを特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized in that the wavelength selector includes a KTN light deflector and a diffraction grating.
本発明は、FDMLレーザの同期手法として波長選択器の掃引周波数を共振器長変化に応じて制御することによって、温度制御器を使用せずに安定なFDML動作を実現することができる。 The present invention can realize stable FDML operation without using a temperature controller by controlling the sweep frequency of the wavelength selector according to the change of the resonator length as a synchronization method of the FDML laser.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施形態1)
図2に、本発明の実施形態1に係る波長掃引光源の構成例を示す。実施形態1の波長掃引光源は、リング共振器を用いたFDMLレーザである。FDMLレーザ部の構成は、光増幅器210、アイソレータ220、波長フィルタ230、光カプラ260、光遅延ファイバ270が配置されたリング共振器を構成するファイバリング、および波長フィルタ230が備える光偏向器233を駆動するドライバ装置240からなる。また、光遅延ファイバ270を含むリングファイバに偏波保持ファイバ(PMファイバ)を用いて周回する光の偏光状態を保持する構成としている。実施形態1では、このFDMLレーザ部に加えて、さらにファイバリングの周回周期と波長フィルタ230の掃引周期の1以上の整数倍との差がゼロとなるように波長フィルタ230の掃引周期を調整する安定化機構250を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 2 shows a configuration example of the wavelength swept light source according to the first embodiment of the present invention. The wavelength swept light source of Embodiment 1 is an FDML laser using a ring resonator. The configuration of the FDML laser unit includes an
実施形態1の安定化機構250は、参照光を出力するレーザ光源251、参照光の強度変調を行う強度変調器252、ファイバリングを周回した参照光のみを反射する偏光ビームスプリッタ253、1/4波長板254、ダイクロイックミラー255、ファイバリングを周回した参照光の強度を検出するフォトディテクタ256、遅延線257、ファイバリングを周回した参照光の強度信号とKTN光偏向器233の駆動信号との位相差を計測する位相差計258、フィードバック制御器259からなる。レーザ光源251から出力される光の波長は、ダイクロイックミラー255においてレーザ光源251から出力された光のみを反射できるようにするとともに、光増幅器210の増幅帯域内に入らないように設定する。
The stabilization mechanism 250 of the first embodiment includes a
レーザ光源251から出力される参照光は、所定の偏光軸を持った直線偏光であり、強度変調器252においてドライバ装置240から出力された駆動信号によって波長フィルタ230の掃引周期と同期するように強度変調される。また偏光ビームスプリッタ253は、強度変調器252から出力された参照光を透過し、強度変調器252から出力された参照光の偏光軸に対して90度回転した偏光軸を持つ光を所定の方向へ反射するよう配置する。
The reference light output from the
FDMLレーザ部では、波長掃引光源の掃引帯域幅以上の波長域において光増幅効果を有する光増幅器210から広いスペクトルを持つ自然放出光を出力し、その光はアイソレータ220を通過してサーキュレータ231によって自由空間光学系である波長フィルタ230に導入される。ファイバ出射端に配置したコリメータレンズ232によって平行光線とした後、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTN)光偏向器233および回折格子234に入射する。このとき、光遅延ファイバ270を含むリングファイバは偏波保持ファイバ(PMファイバ)とし、ファイバリングを周回する光がKTN光偏向器233の有する偏光依存性に適合する偏光状態を維持する。
In the FDML laser unit, the spontaneous emission light having a broad spectrum is output from the
安定化機構250では、レーザ光源251から出力された参照光は、偏光ビームスプリッタ253を透過し、1/4波長板254で円偏光に変換され、ダイクロイックミラー255で反射されてファイバコリメータ232からファイバリングに入力される。ファイバリングを周回した参照光は、ダイクロイックミラー255で反射され、1/4波長板254で強度変調器252から出力された参照光の偏光軸に対して90度回転した直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ253で反射されてフォトディテクタ256に入射する。フォトディテクタ256から出力された光強度信号は、ドライバ装置240から出力された駆動信号と共に位相差計258に入力される。
In the stabilization mechanism 250, the reference light output from the
このときドライバ装置240から出力された駆動信号は、回路構成の差異による位相差計258への到達時間のずれを補償するための遅延線257を介して位相差計258に入力される。フィードバック制御器259は、位相差計で検出された位相差に応じて下記のようにドライバ装置240の波長掃引周波数を調整する。
At this time, the drive signal output from the
図3に、ファイバリングを周回した参照光の強度信号とKTN光偏向器の駆動信号との位相変化を示す。実線で示す曲線(a)が参照光の強度信号を表し、破線で示す曲線(b)が駆動信号を表す。曲線(a)の位相φaと曲線(b)の位相φbとの位相差Δφ(=φa−φb)は、光遅延ファイバ270を含むリング共振器が所定の温度下で光カプラ250から出力される出力光の強度が最大、または、所定の値となるときに所定の基準値、例えばゼロとなるよう遅延線257を設定する。
FIG. 3 shows the phase change of the intensity signal of the reference light circulating around the fiber ring and the drive signal of the KTN light deflector. A curve (a) indicated by a solid line represents the intensity signal of the reference light, and a curve (b) indicated by a broken line represents a drive signal. Curve (a) of the phase phi a phase difference between the phase phi b of the curve (b) Δφ (= φ a -φ b) , the optical coupler 250 ring resonator comprising an
温度変化により光遅延ファイバ270を含むファイバリングの光路長が変化すると、参照光の強度信号を表す曲線(a)の位相が変化して位相差Δφが基準値以外をとる。位相差Δφが基準値よりも小さくなる(基準値がゼロの場合、Δφ<0)とき、ファイバリングの光路長が短くなって周回周期が短くなっていることを意味するため、Δφがゼロになるように掃引周波数FFを高くする。一方、位相差Δφが基準値よりも大きくなる(基準値がゼロの場合、Δφ>0)とき、ファイバリングの光路長が長くなって周回周期が長くなっていることを意味するため、Δφがゼロになるように掃引周波数FFを低くする。このように、位相差Δφの値に応じて駆動信号の周波数、すなわち掃引周波数FFを調整することにより、リング共振器の周回周期と波長フィルタの掃引周期とを同期させることで、光カプラ250から出力される出力光の強度が最大、または、所定の値となるように調整することができる。
When the optical path length of the fiber ring including the
ここで、光カプラ250から出力される出力光の強度が最大、または、所定の値となるように調整することについて、若干の説明を加える。 Here, some explanation will be added about adjusting the intensity of the output light output from the optical coupler 250 to the maximum or a predetermined value.
FDMLでは、掃引周期を徐々に変化させた場合、掃引周期の1以上の整数倍の時間と共振器の周回時間が一致する掃引周期を境にして、出力光の強度が劇的変化する。さらに出力光について詳述すると、周期が若干短ければ大きく、周期が若干長ければ小さくなり、周期が一致する場合は、その中間の出力光強度となる。コヒーレンス長が最も長いのは掃引周期の1以上の整数倍が共振器の周回時間と一致する場合であるので、コヒーレンス長が最長となる出力光強度を予め測定しておいて、その強度を目標値として、掃引周期を調整、または、制御することにより、コヒーレンス長を最長の状態に保持することができる。コヒーレンス長最長となる出力光強度は、共振器毎に異なるため、共振器毎に予め測定しておくことが必要である。 In FDML, when the sweep period is gradually changed, the intensity of the output light changes dramatically at the boundary of the sweep period in which the time of an integral multiple of one or more of the sweep period matches the circulation time of the resonator. Further, when the output light is described in detail, it is large if the period is a little short and small if the period is a little long, and if the periods coincide, the output light intensity in the middle becomes. Since the coherence length is longest when an integral multiple of 1 or more of the sweep period coincides with the round trip time of the resonator, the output light intensity with the longest coherence length is measured in advance, and the intensity is set as the target. As a value, by adjusting or controlling the sweep period, the coherence length can be kept at the longest state. Since the output light intensity which is the longest in coherence length is different for each resonator, it is necessary to measure in advance for each resonator.
上記では、出力光強度そのものを目標値としたが、そうではなく、出力光強度を、1掃引中の出力光強度の時間積分値で割ったもの(規格化したもの)を、目標値としても良い。このようにした場合、光カプラ260から出力される光強度が、何らかの影響(温度変化に起因する光ファイバのボビンへの締め付け強度変化にともなう複屈折変化等)によって変動しても、目標値の変動は抑えられるので、温度等の環境変化に耐性を持つことができる。
Although the output light intensity itself is the target value in the above description, the output light intensity may be divided by the time integral value of the output light intensity in one sweep (a normalized value) as the target value. good. In this case, even if the light intensity output from the
一方、もし、最大の出力光強度を保持したり、ユーザの欲する出力光強度を保持したりすることが必要であれば、そのようなパワーとなるように掃引周期を調整、または、制御する。 On the other hand, if it is necessary to maintain the maximum output light intensity or the output light intensity desired by the user, the sweep cycle is adjusted or controlled to achieve such power.
出力光強度を、コヒーレンス長最大となる出力光強度にしたり、ユーザが望む出力光強度にしたりといったような、所定の出力光強度となるように掃引周期を調整する方法としては、たとえば、PID(Proportional−Integral−Differential)制御が考えられる。この場合、目標値は所定の出力光強度、操作量は掃引周期(周波数)、制御量は出力光強度となる。 As a method of adjusting the sweep period to obtain a predetermined output light intensity, such as setting the output light intensity to the output light intensity that maximizes the coherence length or the output light intensity desired by the user, for example, Proportional-Integral-Differential) control can be considered. In this case, the target value is a predetermined output light intensity, the operation amount is a sweep cycle (frequency), and the control amount is an output light intensity.
出力光強度を最大に保持する、掃引周期の調整方法としては、1)現在の掃引周期を中心とした所定の範囲内で周期を変化させた場合の出力光強度を取得して、2)そのうちの光強度の大きな周期を選択し、次に、その周期を中心として、1)2)を何度も繰り返して、光強度が最大(または極大)となるまで繰り返す、という方法がある。この調整方法のパラメータとしては、掃引周期の初期値、現在の掃引周期を中心としたときの変化させる周期の範囲がある。また、掃引周期を離散的に等間隔に変化させる場合は、周期の間隔もパラメータとして設定する。 As a method of adjusting the sweep period to keep the output light intensity at maximum, 1) acquire the output light intensity when changing the period within a predetermined range centered on the current sweep period, 2) There is a method of selecting a large cycle of the light intensity and then repeating 1) and 2) many times with the cycle as a center until the light intensity becomes maximum (or maximum). The parameters of this adjustment method include the initial value of the sweep period, and the range of the change period around the current sweep period. When the sweep cycle is discretely changed at equal intervals, the interval of the cycle is also set as a parameter.
(実施形態2)
図4に、本発明の実施形態2に係る波長掃引光源の構成例を示す。FDMLレーザ部の構成は実施形態1と同様であり、実施形態1と異なるのは安定化機構280のみである。実施形態2の安定化機構280は、参照光を出力するレーザ光源281、参照光の強度変調を行う強度変調器282、ファイバリングを伝搬する光と参照光を合波する光カプラ283、ファイバリングを伝搬する光から参照光を分波する光カプラ284、ファイバリングを周回した参照光の強度を検出するフォトディテクタ285、遅延線286、ファイバリングを周回した参照光の強度信号とKTN光偏向器233の駆動信号との位相差を計測する位相差計287からなる。
Second Embodiment
The structural example of the wavelength sweeping light source which concerns on FIG. 4 at Embodiment 2 of this invention is shown. The configuration of the FDML laser portion is the same as that of the first embodiment, and only the stabilizing
安定化機構280は、光遅延ファイバ270の入出力端近傍に光カプラ283、284を設置し、レーザ光源281から出力され光強度変調器282で変調された参照光を光カプラ283からファイバリングに入力し、光遅延ファイバ270を伝搬した参照光を光カプラ284で分岐してフォトディテクタ285で検出する。位相差計287で計測した参照光の強度信号とKTN光偏向器233の駆動信号との位相差Δφに基づきドライバ装置240の駆動信号、すなわち掃引周波数FFを調整する。掃引周波数FFの調整方法について、説明の簡単化のため、位相差Δφの基準値がゼロの場合について説明する。実施形態1と同様に、位相差Δφが負(Δφ<0)のとき、光遅延ファイバ270の光路長が短くなる、すなわちファイバリングの光路長が短くなり、周回時間が短くなることを意味するため、Δφがゼロになるように掃引周波数FFを高くする。一方、位相差Δφが正(Δφ>0)のとき、光遅延ファイバ270の光路長が長くなる、すなわちファイバリングの光路長が長くなり、周回時間が長くなっていることを意味するため、Δφがゼロになるように掃引周波数FFを低くする。このように、位相差Δφの値に応じて駆動信号の周波数、すなわち掃引周波数FFを調整することにより、実施形態1と同様にリング共振器の周回周期と波長フィルタの掃引周期の1以上の整数倍とを同期させることで、光カプラ250から出力される出力光の強度が最大、または、所定の値となるように調整することができる。調整方法としては、実施形態1に記載した方法が使用可能である。
The
尚、実施形態1、2ではFDMLレーザ部にリング共振器型の構成を用いた例を示したが、本発明では、FDMLレーザ部は光偏向器および回折格子を含む波長フィルタを用いた構成であればリング共振器型以外の構成であってもよい。波長フィルタ230は、リトロー配置に代えて、さらに全反射鏡を追加してリットマン配置としてもよい。光遅延ファイバ270を含むファイバリングは、PMファイバに代えて、図1に示す構成と同様に偏波コントローラ、半波長板および偏光ビームスプリッタを用いることで変調器内を伝搬する光の偏光状態を保持する構成としてもよい。
In the first and second embodiments, an example in which a ring resonator type configuration is used for the FDML laser unit is shown, but in the present invention, the FDML laser unit is configured using a wavelength filter including an optical deflector and a diffraction grating. If it is, it may be a configuration other than the ring resonator type. The
また、強度変調器252、282は、レーザ光源251、281を直接変調する場合は不要である。偏光ビームスプリッタ253と1/4波長板254とからなる構成は、ビームサンプラとアイソレータとによって代替することができる。また、強度変調器252、282および位相差計258、287に入力される信号は、ドライバ装置240の駆動信号をそのまま使用してもよいし、駆動信号を整数倍した信号や駆動信号またはその整数倍の信号とピークの位置が一致するスパイク波などでもよい。
Further, the
110、210 光増幅器
120、220 アイソレータ
130 偏波コントローラ
140、230 波長フィルタ
141、231 サーキュレータ
142、232 コリメータレンズ
143 半波長板
144 偏光ビームスプリッタ
145、233 KTN光偏向器
146、234 回折格子
150、240 ドライバ装置
160、260、283、284 光カプラ
170、270 光遅延ファイバ
250、280 安定化機構
251、281 レーザ光源
252、282 強度変調器
253 偏光ビームスプリッタ
254 1/4波長板
255 ダイクロイックミラー
256、285 フォトディテクタ
257、286 遅延線
258、287 位相差計
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光増幅部から入射された光から、所定の波長掃引周波数で選択波長を変化する波長選択部と、
前記波長選択部から出力された光を2分岐して、一方の分岐光を前記光増幅部に帰還させ、他方の分岐光を出力光として出力する第1の光分岐部と、
前記光増幅部と前記波長選択部との間に配置された光遅延部と、
を含む共振器部、および
前記波長掃引周波数を少なくとも前記光遅延部の光路長の変化に応じて調整するよう前記波長選択部を制御する安定化機構部であって、
前記波長掃引周波数で強度変調された参照光を出力する光源部と、
前記光遅延部に入力される光と前記参照光とを合波し、前記光遅延部から出力された前記参照光を分波する光合分波部と、
前記光合分波部で分波された前記参照光の光強度を測定する光検出部と、
前記光検出部から出力される前記参照光の光強度信号波形と前記光源部の強度変調信号波形との位相差を前記出力光が最大、または、所定の値になるときの位相差になるように、前記波長掃引周波数を調整するフィードバック制御部と
を含む安定化機構部
を備えたことを特徴する波長掃引光源。 A light amplification unit that emits light of a predetermined wavelength band;
A wavelength selection unit that changes a selected wavelength at a predetermined wavelength sweep frequency from light incident from the light amplification unit;
A first light branching unit that branches the light output from the wavelength selection unit into two, feeds one branched light back to the optical amplification unit, and outputs the other branched light as an output light;
An optical delay unit disposed between the optical amplification unit and the wavelength selection unit;
And a stabilization mechanism unit that controls the wavelength selection unit to adjust the wavelength sweep frequency at least in accordance with a change in an optical path length of the optical delay unit.
A light source unit for outputting a reference beam intensity-modulated at the wavelength sweep frequency;
An optical multiplexing / demultiplexing unit that multiplexes the light input to the optical delay unit and the reference light and demultiplexes the reference light output from the optical delay unit;
A light detection unit that measures the light intensity of the reference light split by the light combining / splitting unit;
The phase difference between the light intensity signal waveform of the reference light output from the light detection unit and the intensity modulation signal waveform of the light source unit is the phase difference when the output light has a maximum value or a predetermined value. And a feedback control unit for adjusting the wavelength sweeping frequency, and a stabilization mechanism unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017238999A JP6831770B2 (en) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Wavelength sweep light source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017238999A JP6831770B2 (en) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Wavelength sweep light source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019106488A true JP2019106488A (en) | 2019-06-27 |
JP6831770B2 JP6831770B2 (en) | 2021-02-17 |
Family
ID=67062644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017238999A Active JP6831770B2 (en) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Wavelength sweep light source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6831770B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113587827A (en) * | 2021-06-10 | 2021-11-02 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | Wafer surface shape real-time online measuring system and measuring method thereof |
-
2017
- 2017-12-13 JP JP2017238999A patent/JP6831770B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113587827A (en) * | 2021-06-10 | 2021-11-02 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | Wafer surface shape real-time online measuring system and measuring method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6831770B2 (en) | 2021-02-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8923349B2 (en) | Fourier domain mode locking: method and apparatus for control and improved performance | |
US8358461B2 (en) | Wavelength-tunable light source | |
US7414779B2 (en) | Mode locking methods and apparatus | |
US7953131B2 (en) | Frequency synthesizer and frequency synthesizing method using optical injection locking | |
US10141713B2 (en) | Device and method for performing overall frequency stabilization of femtosecond laser optical comb by using optical modes directly extracted from optical comb | |
WO2009139481A1 (en) | Laser apparatus, driving method of the same and optical tomographic imaging apparatus | |
JP2010505095A (en) | Method and apparatus for generating a synthetic wavelength | |
JP6748630B2 (en) | Wavelength swept light source | |
JP2018142699A (en) | Generation of laser pulse using time-variant talbot effect and spectroscopy | |
US20230014323A1 (en) | Laser Device for Generating an Optical Frequency Comb | |
JP2019114720A (en) | Wavelength sweeping light source | |
JP2019106488A (en) | Wavelength sweeping light source | |
JP2019114719A (en) | Wavelength sweeping light source | |
JP2009033078A (en) | Wavelength scanning light source | |
US10135220B2 (en) | Synchronized tunable mode-locked lasers | |
JP4956749B2 (en) | Ultra-high accuracy optical phase synchronization system | |
AU2013211513B2 (en) | Fourier domain mode locking | |
AU2015201039B2 (en) | Fourier domain mode locking | |
JP2019054223A (en) | Wavelength sweeping light source | |
JP2011515014A (en) | Frequency stabilized laser device and laser frequency stabilizing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190515 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200422 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200623 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200819 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210126 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210129 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6831770 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |