JP2019114720A

JP2019114720A - 波長掃引光源

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Publication number: JP2019114720A
Application number: JP2017248380A
Authority: JP
Inventors: 豊田　誠治; Seiji Toyoda; 誠治豊田; 上野　雅浩; Masahiro Ueno; 雅浩上野; 明晨陳; Mingchen Chen; 匡阪本; Tadashi Sakamoto
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: JP6831774B2

Abstract

【課題】共振器を伝搬する光の位相を共振器長変化に応じて制御することによって安定したＦＤＭＬ動作を実現した波長掃引光源を提供すること。【解決手段】レーザ光源１５１から出力され変調周波数ｆmで変調された参照光は、ダイクロイックミラー１５５で反射されてファイバコリメータ１３２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１５５で反射され、偏光ビームスプリッタ１５３で反射されてフォトディテクタ１５６に入射する。ファイバリングの光路長が変化すると、フォトディテクタ１５６で検出される周波数ｆ-mの光の強度も変化する。フィードバック制御器１５８は、周波数ｆmの光強度がファイバリングの周回周期と波長フィルタ１３０の掃引周期とが一致するときの基準強度となるようにファイバストレッチャ１８０を制御する。【選択図】図１

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。

光干渉断層画像診断法（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ，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。

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。

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。

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。

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。

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は、共振器から増幅された光の一部を取り出す光源方式を採用するが、その基本構成要素には、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が含まれる。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。

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。

特許第４７５１３８９号公報

R. Huber, M. Wojtkowski, K. Taira, J. G. Fujimoto, and K. Hsu, "Amplified, frequency swept lasers for frequency domain reflectometry and OCT imaging: design and scaling principles," Opt. Express 13, 3513-3528 (2005) R. Huber, M. Wojtkowski, and J. G. Fujimoto, "Fourier Domain Mode Locking (FDML): A new laser operating regime and applications for optical coherence tomography," Opt. Express 14, 3225-3237 (2006)

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。

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。

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。

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、共振器を伝搬する光の位相を共振器長変化に応じて制御することによって安定したＦＤＭＬ動作を実現した波長掃引光源を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、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、前記光増幅部と前記波長選択部との間に配置された光位相調整部と、を含む共振器部、および前記光位相調整部を透過する光の位相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から前記所定の変調周波数と同じ周波数を有する光ビートの強度を、前記出力光が最大、または所定の値になるときの基準強度となるように前記光位相調整部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。

本発明の別の態様では、前記フィードバック制御部は、前記光位相調整部において透過する光を所定の方向に移相し、前記光ビートの光強度が小さくなるとき前記透過する光を前記所定の方向にさらに移相し、前記光ビートの光強度が大きくなるとき前記透過する光を前記所定の方向と逆方向に移相することを特徴とする。

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。

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。

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。

本発明は、ＦＤＭＬレーザの同期手法として共振器を伝搬する光の位相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したＦＤＭＬ動作を実現することができる。

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図である。本発明の実施形態１に係る別の態様の波長掃引光源の構成例を示す図である。（Ａ）は周波数ｆ_cの被変調光を変調周波数ｆ_mで位相変調したときの位相変調光電界の周波数スペクトルを示す図であり、（Ｂ）はリング共振器の透過率の周波数スペクトルを示す図である。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図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施形態１）
図１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、アイソレータ１１０、光増幅器１２０、波長フィルタ１３０、光カプラ１６０、光遅延ファイバ１７０、ファイバストレッチャ１８０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１３０が備える光偏向器１３３を駆動するドライバ装置１４０を備える。また、光遅延ファイバ１７０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１３０の掃引周期の１以上の整数倍との差が所定の値となるようにファイバストレッチャ１８０を制御してファイバリングの光路長を調整する安定化機構１５０を備える。

実施形態１の安定化機構１５０は、周波数ｆ_cの参照光を出力するレーザ光源１５１、参照光を変調周波数ｆ_mで位相変調を行う位相変調器１５２、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１５３、１／４波長板１５４、ダイクロイックミラー１５５、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１５６、中心周波数ｆ_mのバンドパスフィルタ１５７、フィードバック制御器１５８を備える。レーザ光源１５１から出力される光の波長は、ダイクロイックミラー１５５においてレーザ光源１５１から出力された光のみを反射できるように、光増幅器１２０の増幅帯域内に入らないように設定する。

レーザ光源１５１から出力される周波数ｆ_cの参照光は、所定の偏光軸を持った直線偏光であり、位相変調器１５２において変調周波数ｆ_mで位相変調される。また偏光ビームスプリッタ１５３は、位相変調器１５２から出力された参照光を透過し、位相変調器１５２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。

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１２０から広いスペクトルを持つ自然放出光を出力し、サーキュレータ１３１によって自由空間光学系である波長フィルタ１３０に導入される。

波長フィルタ１３０に導入された光は、ファイバ出射端に配置したコリメータレンズ１３２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１３３および回折格子１３４に入射する。回折格子１３４で反射された光は、サーキュレータ１３１を介してファイバリングに戻され、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、アイソレータ１１０を介して光増幅器１２０に帰還される。このとき、光遅延ファイバ１７０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１３３の有する偏光依存性に適合する偏光状態を維持する。

波長フィルタ１３０は、ドライバ装置１４０からの駆動電圧波形（例えば周波数２００ｋＨｚの正弦波）に応じた波長選択動作を行う。つまり波長フィルタ１３０は周期的に掃引されており、光遅延ファイバ１８０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１３０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１３０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１３０を通過する際に波長フィルタ１３０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。

安定化機構１５０では、レーザ光源１５１から出力され、位相変調器１５２で位相変調された参照光は、偏光ビームスプリッタ１５３を透過し、１／４波長板１５４で円偏光に変換され、ダイクロイックミラー１５５で反射されてファイバコリメータ１３２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１５５で反射され、１／４波長板１５４で位相変調器１５２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１５３で反射されてフォトディテクタ１５６に入射する。フォトディテクタ１５６から出力された光強度信号は、バンドパスフィルタ１５７を介してフィードバック制御器１５８に入力される。

図３（Ａ）に、周波数ｆ_cの被変調光を変調周波数ｆ_mで位相変調したときの位相変調光電界の周波数スペクトルを示す。周波数ｆ_cの被変調光に対して変調度ｍ、変調周波数ｆ_mの正弦波で位相変調を施すと、位相変調光電界Ｓ_PMはベッセル関数Ｊ_k（ｍ）を用いて下式（１）のように表される。

ここでベッセル関数Ｊ_k（ｍ）はｋ次側帯波の振幅を表している。ベッセル関数は整数ｋに対してＪ_-k（ｍ）＝（−１）^kＪ_k（ｍ）の関係が成り立つため、次数が等しい側帯波の高周波側の側帯波および低周波側の側帯波は、振幅が等しく、ｋの偶奇により同相または逆相となる。尚、１次の側帯波は、周波数ｆ_cの両側に周波数ｆ_m、Ｊ_-1（ｍ）＝−Ｊ₁（ｍ）となるため、高周波側の側帯波と低周波側の側帯波とが逆相になり、図３（Ａ）に示すように、同一振幅かつ互いに逆相の電界強度を持つ。

このように位相変調を行うと側帯波が発生し、被変調光と側帯波とによりそれらの周波数間隔の周波数を有する光ビートが発生する。但し、第１側帯波は、上述したように高周波側と低周波側とで同一振幅かつ逆相なので、被変調光と高周波側の第１側帯波とにより発生した光ビートと、被変調光と低周波側の第１側帯波とにより発生した光ビートとは相殺され、周波数ｆ_mの光ビートの強度はゼロとなる。

一方、リング共振器はファブリ・ペロー干渉計を構成するため、共振周期１／ｆ_FPのリング共振器の透過率の周波数スペクトルは図３（ｂ）に示すように周波数ｆ_FP間隔でピークを持つ。尚、この透過係数スペクトルは、各ピークに関して対称である。

ここでリング共振器の高周波側の第１側帯波および低周波側の第１側帯波に対する透過係数をそれぞれｒ₁、ｒ_-1とすると、リング共振器周回後の高周波側の第１側帯波および低周波側の第１側帯波の振幅はｒ₁Ｊ₁（ｍ）、ｒ_-1Ｊ_-1（ｍ）となる。被変調光の周波数ｆ_cが透過係数のピークの周波数と一致してｒ₁＝ｒ_-1となる場合、リング共振器周回後の周波数ｆ_mの光ビートは発生しないが、被変調光の周波数ｆ_cが透過係数のピークの周波数と一致せずｒ₁≠ｒ_-1となる場合、周波数ｆ_mの光ビートが発生する。すなわち、周波数ｆ_cが透過係数のピークの周波数近傍の値をとるとすると、ｒ₁＞ｒ_-1の場合には被変調光と同相の周波数ｆ_mの光ビートが発生し、ｒ₁＜ｒ_-1の場合には被変調光と逆相の周波数ｆ_mの光ビートが発生する。

リング共振器の透過係数スペクトルは、リング共振器の光路長が変化すると透過係数のピークおよびピーク間隔が変化する。そのため、被変調光と第１側帯波との周波数ｆ_mの光ビートが発生しないときのリング共振器の光路長を基準とすると、周波数ｆ_mの光ビートの強度およびその変化からリング共振器の光路長の変化量、および伸び縮みの方向を評価することができる。すなわち、周波数ｆ_mの光ビートの強度がゼロでないとき、リング共振器の光路長は基準とする長さからずれていることを意味し、光ビートの強度が大きいほど光路長の基準長からのずれは大きい。

リング共振器の光路長が伸び方向にずれているのか、縮み方向にずれているのかは、ファイバストレッチャ１８０を伸び方向および縮み方向のどちらか一方に動かしたときの光ビートの強度の変化から評価することができる。すなわち、ファイバストレッチャ１８０を例えば伸び方向に動かしたときに光ビートの強度が小さくなる場合、リング共振器の光路長は基準長に対して縮み方向にずれていたことになる。逆に、ファイバストレッチャ１８０を例えば伸び方向に動かしたときに光ビートの強度が大きくなる場合、リング共振器の光路長は基準長に対して伸び方向にずれていたことになる。

このことから、ファイバストレッチャ１８０を一方向に動かし、周波数ｆ_mの光ビートの強度が小さくなる場合はファイバストレッチャ１８０をそのまま同一方向に光ビートがゼロになるまで動かし、光ビートの強度が大きくなる場合はファイバストレッチャ１８０を逆方向に光ビートがゼロになるまで動かすことで、リング共振器の光路長を基準長に維持することができる。

リング共振器を周回した変調光はフォトディテクタ１５６で受光され、フォトディテクタ１５６から出力された光強度信号は中心周波数ｆ_mの適度な透過帯域を有するバンドパスフィルタ１５７に入力される。バンドパスフィルタ１５７からは周波数ｆ-^- _m近傍の周波数信号のみがフィードバック制御器１５８に入力される。フィードバック制御器１５８は、ファイバリングの周回周期と波長フィルタ１３０の掃引周期との差がゼロとなるときの周波数ｆ_mの光ビートの基準強度を予め記憶しており、受信した周波数ｆ_mの光ビートの強度がその基準強度となるようにリング共振器の光路長をファイバストレッチャ１８０で調整する。例えば、ファイバリングの周回周期と波長フィルタ１３０の掃引周期との差がゼロとなるときに被変調光の周波数ｆ_cを透過係数のピークの周波数と一致させた場合、フィードバック制御器１５８は周波数ｆ_mの光ビートの強度がゼロとなるようにファイバストレッチャ１８０を制御する。

このように、参照光の変調周波数ｆ-_mと同じ周波数ｆ-_mを有する光ビートの強度に応じてファイバストレッチャ１８０の光路長、すなわちファイバリングの光路長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の１以上の整数倍と差を制御し、光カプラ１６０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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

またＦＤＭＬレーザ部についてであるが、図１に示す構成に限定されず、例えば図２に示すような別の態様とすることもできる。この図２に示す態様では、波長フィルタ１３０は、リトロー配置に代えて、さらに全反射鏡２２３を追加したリットマン配置としている。また、光遅延ファイバ１７０を含むリングファイバは、ＰＭファイバに代えて偏波保持機能を有さない通常の光ファイバとし、偏波コントローラ２１０、半波長板２２１および偏光ビームスプリッタ２２２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いる。本実施形態１の安定化機構１５０は、図１、２に示すいずれの波長フィルタ１３０、偏波保持機構を用いても同様に機能する。

（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１９０のみである。実施形態２の安定化機構１９０は、参照光を出力するレーザ光源１９１、参照光の強度変調を行う強度変調器１９２、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１９３、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１９４、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１９５、中心周波数ｆ_mのバンドパスフィルタ１９６、フィードバック制御器１９７を備える。

安定化機構１９０は、光遅延ファイバ１７０の入出力端近傍に光カプラ１９３、１９４を設置し、レーザ光源１９１から出力され光強度変調器１９２で変調された参照光を光カプラ１９３からファイバリングに入力し、光遅延ファイバ１７０を伝搬した参照光を光カプラ１９４で分岐してフォトディテクタ１９５で検出する。フィードバック制御器１９７は、ファイバリングの周回周期と波長フィルタ１３０の掃引周期との差がゼロとなるときの値となる周波数ｆ_mの光ビートの基準強度を予め記憶しており、受信した周波数ｆ_mの光ビートの強度がその基準強度となるようにファイバストレッチャ１８０の光路長、すなわちファイバリングの光路長を調整する。実施形態１と同様に、例えば、ファイバリングの周回周期と波長フィルタ１３０の掃引周期との差がゼロとなるときに被変調光の周波数ｆ_cを透過係数のピークの周波数と一致させた場合、フィードバック制御器１９７は周波数ｆ_mの光ビートの強度がゼロとなるようにファイバストレッチャ１８０を制御する。参照光の変調周波数ｆ-_mと同じ周波数ｆ-_mを有する光ビートの強度に応じてファイバストレッチャ１８０の光路長、すなわちファイバリングの光路長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以上の整数倍との差を制御し、光カプラ１６０から出力される出力光の強度が最大、または所定の値、例えば出力光のコヒーレンス長が最大となる値となるように調整することができる。

また波長フィルタ１３０は、図２に示す構成のように、リトロー配置に代えて、さらに全反射鏡２２３を追加したリットマン配置としてもよい。また、光遅延ファイバ１７０を含むリングファイバは、ＰＭファイバに代えて偏波保持機能を有さない通常の光ファイバとし、図２に示す構成と同様に偏波コントローラ２１０、半波長板２２１および偏光ビームスプリッタ２２２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。

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。また、偏光ビームスプリッタ１５３と１／４波長板１５４とを備える構成は、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。

実施形態１、２では、光路長を調整する手段としてファイバストレッチャ１８０を用いたが、ファイバストレッチャの代わりにピエゾ素子を用いた遅延経路や屈折率可変導波路、空間光学系の遅延経路、温度変化による可変遅延経路等を用いることもできる。

１１０アイソレータ
１２０光増幅器
１３０波長フィルタ
１３１サーキュレータ
１３２コリメータレンズ
１３３ＫＴＮ光偏向器
１３４回折格子
１４０ドライバ装置
１６０、１９３、１９４光カプラ
１７０光遅延ファイバ
１５０、１９０安定化機構
１５１、１９１レーザ光源
１５２、１９２強度変調器
１５３偏光ビームスプリッタ
１５４１／４波長板
１５５ダイクロイックミラー
１５６、１９５フォトディテクタ
１５７、１９６バンドパスフィルタ
１５８、１９７フィードバック制御器
１８０ファイバストレッチャ
２１０偏波コントローラ
２２１半波長板
２２２偏光ビームスプリッタ
２２３全反射鏡

Claims

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、所定の波長掃引周期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、
前記光増幅部と前記波長選択部との間に配置された光位相調整部と、
を含む共振器部、およびを
前記光位相調整部を透過する光の位相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、
参照光を出力する光源部と、
前記参照光を所定の変調周波数で位相変調する位相変調部と、
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光から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から前記所定の変調周波数と同じ周波数を有する光ビートの強度を、前記出力光が最大、または所定の値になるときの基準強度となるように前記光位相調整部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。
前記フィードバック制御部は、前記光位相調整部において透過する光を所定の方向に移相し、前記光ビートの光強度が小さくなるとき前記透過する光を前記所定の方向にさらに移相し、前記光ビートの光強度が大きくなるとき前記透過する光を前記所定の方向と逆方向に移相することを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源。
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請求項１又は２に記載の波長掃引光源。
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請求項１乃至３のいずれかに記載の波長掃引光源。
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請求項１乃至４のいずれかに記載の波長掃引光源。