JP4696319B2 - フィルタ方式高速波長掃引光源 - Google Patents

Description

本発明は、光計測・Optical Coherence Tomography（ＯＣＴ，光断層画像測定）・光信号処理等で用いられるフィルタ方式高速波長掃引光源に関する。

近年、波長（周波数、波数）掃引光源を用いた計測や断層画面の撮像方法などの研究開発が活発化している。このような分野においては、測定分解能の向上のため波長掃引光源は５０ｎｍ以上の広い波長掃引幅を有することが求められる。また、特に測定対象物が生体である場合、測定時間中に生体の僅かな動きが測定ダイナミックレンジ（感度）を低下させてしまうため、波長掃引動作を１００μｓ以下で行うことも必要である。また、前記波長掃引光源と光学干渉計とを組み合わせて計測を行う場合は、測定可能距離の拡大のために前記波長掃引光源の可干渉距離（コヒーレンス長）が長い方が有利である。そのため、前記波長掃引光源からの出射光は、同時に複数の波長が発振することのないシングルモード（単一モード発振）であることが求められる。

このような用途の波長掃引光源として従来用いられてきた技術について説明を行う。図１に従来のＯＣＴ用に開発された波長掃引光源を示す（非特許文献１）。図１に示したように、前記従来の波長掃引光源は、フェルール付き光ファイバ１、ファイバ結合用フォーカスレンズ２、光アイソレータ３、ファイバ結合用コリメータレンズ４、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier,ＳＯＡ）５、コリメータレンズ６、回折格子７、レゾナント・ガルバノメータ・ミラー（Resonant Galvanometer Mirror, ＲＧＭ）８、フォーカスレンズ９、スリット付き高反射鏡１０から構成されている。前記ＳＯＡ５の光出力口側の端面Ａとフェルール付き光ファイバ１の間における光線の様子を模式的に光線ｂ１（出力光）として点線で示す。また、前記ＳＯＡ５のコリメータレンズ６側の端面Ｂと前記スリット付き高反射鏡１０との間における光線の様子を模式的に光線ｂ２（共振器内部）として点線で示す。なお、前記端面Ｂは、１０^-4オーダの低反射鏡を具備しており、光出力口側の端面Ａは反射率１５％を有する。よって、前記端面Ａと、前記スリット付き高反射鏡１０で構成された共振器の中に、波長選択機能及び波長掃引機能を有する前記回折格子７と前記ＲＧＭ８が内蔵された形式となるため、共振器長が４５０ｍｍ程度と半導体レーザ（共振器長：数百μｍ）に比べ非常に長くなっている。

続いて、図１に示した従来の波長掃引光源の動作原理について説明する。まず、前記共振器長から決定される複数の発振モード（縦モード）のうち、前記回折格子７と前記スリット付き高反射鏡１０のスリット部１０ａで決定される波長分解能で与えられる波長範囲において、複数の縦モードを選択してレーザ発振を行う。続いて、前記回折格子７は回転機能を有する前記ＲＧＭ８に固定されているため、前記ＲＧＭ８を僅かに動かすことにより前記回折格子７が僅かに回転する。そのため、選択される波長は先に選択した複数の縦モードより長波側（または短波側）の複数のモード（波長）となる。この前記回折格子７の回転動作を連続的に行うことにより広い波長域における波長掃引動作を実現する。なお、図１に示した例では、波長掃引幅約１３０ｎｍ、測定分解能１０μｍ（大気中）、波長掃引速度は１６ｋＨｚ（６２．５μｓ）を実現している。

R.Huber, M.Wojtkowski, J.G.Fujimoto, J.Y.Jiang and A.E.Cable,"Three-dimensional and C-mode OCT imaging with a compact,frequency swept laser source at 1300nm ",Optics Express,Vol.13,No.26,2005,pp.10523-10538 E.Yamada et al, "150 channel supercontinuumＣＷ optical source with high ＳＮＲ and precise 25 GHz spacing for 10 Gbit/s ＤＷＤＭ systeme "，ＩＥＥ Electronics Letters,Vol.37,No.5,2001,pp.304-306 D.S.Mehte et al., "Spectral interferometric microscops with tandem liquid-crystal Fabry-Perot interferometers for extension of the dynamic range in three-dimensional step-height measurement",Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp-682-690 D.S.Mehta et al., "Spectral interference Mirau microscope with an acousto-optic tunable filter for three-dimensional surface profilometry",Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.1296-1305

しかしながら、前記従来の波長掃引光源は以下に示す重大な問題点を有する。まず、共振器内部に波長選択及び掃引機構を配置する必要があるため、共振器長が４５０ｍｍと非常に長く、回折格子７やＲＧＭ８を用いた波長選択及び掃引機構が複雑であり、かつ組立には精密な位置合わせが必要となるため、生産性が低いという重大な問題がある。また、光計測においては計測後に行う高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform, ＦＦＴ）などのデータ処理を波長軸上ではなく、波数（または周波数）軸上で行うことが一般的である。そのため、前記従来の波長掃引光源は連続的に波長掃引を行っているため、前記従来の波長掃引光源からの出力光の一部を分岐する。次に前記分岐された出力光を、例えばエタロンフィルタなどの周期的な周波数間隔の透過特性を有するフィルタを通すなどして、波数軸上へのリスケーリングを行う。そのため、光源のシステムが複雑になってしまうという重大な問題もあった。

さらに、連続掃引を行っているため、測定データをサンプリングしている間にも発振波長は僅かに変化する問題がある。この問題について、以下に詳細を述べる。図２に、従来の波長掃引光源の掃引動作時における発振波長λの時間ｔ依存性の概念図を示す。図２に示したように、従来技術の波長掃引光源を用いて波長掃引を行うと、時間軸上において連続的に波長が変化することになる。一方、前記波長掃引光源を用いたＯＣＴ装置において、前記波長掃引光源から発生した光を試料に照射することにより得られた信号光を受光器で受光し、電気信号に変換した後、前記電気信号をＯＣＴ画像に変換するためにコンピュータ内部でデータ処理を行う。このデータ処理を行うためには、受光器から得られるアナログ電気信号を、アナログ／デジタル（ＡＤ）変換回路を用いてデジタル信号に変換する必要がある。ＡＤ変換回路においてアナログデータからデジタルデータに変換を行う際には、サンプリング（標本化）が必要になるが、前記サンプリングに必要な時間ｔ_samp（サンプリング時間あるいはサンプリングレート）は短い（高速である）ほど正確なデータ変換を行うことが可能となる。しかしながら、従来技術の波長掃引光源においては波長掃引を連続的に行っているため、前記サンプリング時間内にも波長が変化している。このような波長シフトΔλ_samp［ｍ］は、波長掃引速度ｖ_samp［ｍ／ｓ］とサンプリング時間ｔ_samp［ｓ］を用いて（１）式で表される。

（１）式に示したサンプリング時間中の波長シフトΔλ_sampにより、波長掃引光源の発振スペクトル線幅が実効的に大きくなるため、可干渉距離（コヒーレンス長）が短くなり、深さ方向の計測距離（侵達度）が短くなることが重大な問題となる。例えば、図１に示した波長掃引光源においては、ｃｗ発振状態（ある特定の波長においてレーザ発振を行っていて、波長掃引動作を行っていない状態）においては８０ｍｍ以上のコヒーレンス長を有しているが、掃引速度２．１２８［ｎｍ／μｓ］で前記光源を掃引動作し、ＯＣＴ装置のＡＤ変換回路のサンプリング時間１０ｎｓの条件下においては、（１）式より波長シフトΔλ_sampは２１［ｐｍ］と大きくなり、掃引動作時のコヒーレンス長は１５ｍｍ程度まで大幅に劣化したことが報告されている（非特許文献１）。そのため、前記光源を用いて行ったＯＣＴ測定においても侵達度が３ｍｍ程度に制限され、重大な問題となっていた。また、波長シフトΔλ_sampは（１）式より、波長掃引速度が速いほどシフト量が大きくなるため、高速化と侵達度はトレードオフの関係にあることも重大な問題となっていた。また、サンプリング時間を短くすることにより波長シフト量を小さくすることは可能であるが、サンプリング時間はＡＤ変換回路のサンプリング処理速度に依存するため、サンプリング時間の値は有限であり、波長掃引時のコヒーレンス長はｃｗ発振時のコヒーレンス長に比べ必ず短くなり、その結果ＯＣＴ測定において侵達度が劣化することも重大な問題となっていた。

上記課題を解決する本発明の構成は、
光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ）−光断層画像測定（ＯＣＴ）装置に用いるためのフィルタ方式高速波長掃引光源であって、
波長が異なると共に周波数（または波数）間隔が一定になっている複数の連続光を多重化してなる多波長光パルス列を一括して発生する一括多波長光発生手段と、
透過帯域周波数が前記光パルス列の周波数（または波数）間隔よりも小さく設定されていることにより、前記一括多波長光発生手段から発生した光パルス列の中から、特定の波長の単一のパルス光のみを選択し、選択した特定の波長の単一のパルス光を連続光として出力する波長選択手段と、
前記波長選択手段の前記透過周波数帯域を、前記光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ）−光断層画像測定（ＯＣＴ）装置の干渉信号サンプリングに同期して、前記光パルス列の周波数（または波数）間隔分ずつ順次変化させることにより、前記波長選択手段により選択するパルス光を、順次、別の波長のパルス光に切り替える波長掃引手段とを有することを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記一括多波長光発生手段は、
スーパーコンティニウム光源か能動半導体モード同期レーザのうちのいずれか一方であることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記スーパーコンティニウム光源は、
能動半導体モード同期レーザと、
前記能動半導体モード同期レーザから発生したパルス光を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器により増幅したパルス光が入力されて伝搬することにより、波長が異なる共に周波数（または波数）間隔が一定になっている複数のパルス光からなる光パルス列を発生して出力する、正常分散かつ分散平坦特性を有する光ファイバとから成ることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記波長選択手段は、
高反射膜をファイバ端面に有する一方のシングルモードファイバの前記ファイバ端面と、高反射膜をファイバ端面に有する他方のシングルモードファイバの前記ファイバ端面とを、共振器長の長さとなっている空間を隔てて向かい合わせて配置したファイバ型ファブリペロー共振器であり、
前記波長掃引手段は、
前記ファイバ型ファブリペロー共振器を構成する一方のシングルモードファイバと他方のシングルモードファイバを光の伝搬方向に沿い移動させて前記共振器長を変化させるピエゾ駆動素子であることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記一方のシングルモードファイバ及び前記他方のシングルモードファイバは、熱拡散技術により、ファイバ端面部分において、コア及びモードフィールド径を拡大させたファイバであることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記波長選択手段は、
前記一括多波長光発生手段から発生した光パルス列を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズにより平行光となった光パルス列を反射する回折格子と、
回折格子により反射された光を集光するフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズにより光が集光される位置に配置されたスリットにより構成され、
前記波長掃引手段は、
回折格子が固定されておりこの回折格子による反射角度を変更するレゾナント・ガルバノメータ・ミラーであることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記波長選択手段及び前記波長掃引手段の後段に、広帯域光増幅手段を具備することを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記広帯域光増幅手段は、エルビウム添加テルライトファイバを利得媒質とする光ファイバ増幅器であることを特徴とする。

［作用］
上記の課題を解決するために、本発明において問題点が以下のように解決されている。本発明では、一括多波長光源により、ｐｓオーダの繰り返し周波数を有し、かつ１ｋＨｚ以下の周波数精度を有する周波数間隔ｆ₀で等間隔に周波数（波長）多重化された光パルス列を発生する。そして、この光パルス列から、波長選択手段により唯一の波長を選択し透過させることにより単一モードの連続光を取り出す。その後、順次選択する波長を高速に切り替える波長掃引手段により、選択する波長を高速に切り替えて、高速波長（周波数）掃引光源を実現する。そのため、原理的に出力光は単一モードの連続光である。また、得られる波長帯域は一括多波長光源の波長帯域に依存し、通常８０ｎｍ以上と十分である。また、波長掃引速度が１０μｓ以下で行う事が可能であるため、観測中の生体の微少な動きによるダイナミックレンジの低下も無い。

図３に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源における発振周波数ｆの時間ｔ依存性を示す（波長チャネル数Ｎ＝８のときに簡略化して表示している）。図３に示したように、本技術は、従来技術における波長掃引が図２に示したように波長軸上で連続的に行っているのに対し、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源に用いる種光源の周波数間隔ｆ₀で決められた間隔で周波数（波長）掃引を行うため、波長（周波数）をサンプリング時間（＝ｔ₂）内で一定にして周波数（波長）軸上で不連続に掃引できる。そのため、従来技術において必要であった波数軸上へのリスケーリングが不要であるため、光源のシステムを簡素化することが可能となる。なお、図３において、t_s，ｔ_r，ｔ₂，ｔ_sampは、それぞれ掃引時間、掃引繰り返し時間、任意の波長チャネルが発振している時間、サンプリング時間を表している。

また、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源としてモード同期レーザ、ＳＣ光源のいずれかを用い波長掃引手段によって掃引動作を実現するため、ＯＣＴ装置におけるＡＤ変換回路のサンプリング時間の長さによらず掃引時においてもｃｗ駆動時と同じ発振スペクトル線幅を有する。一般に、モード同期レーザ、ＳＣ光源のいずれもｃｗ駆動時の発振スペクトル線幅は数１０ＭＨｚ以下であるため、ｃｗ駆動時のコヒーレンス長は５ｍ以上である。そのため、掃引時のコヒーレンス長もｃｗ駆動時と比べ劣化することなく５ｍ以上のコヒーレンス長を有するレーザ光を得ることができる。そのため、掃引動作時において侵達度が短くなることはなく、かつ掃引時のコヒーレンス長は掃引速度によらず一定である。

以上述べたように、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いれば、コヒーレンシーが高くかつ等周波数間隔で発振した単一モード光を高速で掃引することが可能となる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。

（ＳＣ光源とＦＦＰ型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源によるＯＣＴ装置）
以下、図４に基づいて本発明の第１実施例について詳細に説明する。まず、装置構成について説明する。図４に示したように、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０は、スーパーコンティニウム（ＳＣ）光源１１、ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ１２、広帯域光増幅器１３から構成される。前記ＳＣ光源１１は、さらに種光源１４、光増幅器１５、ＳＣ光発生用光ファイバ１６から構成され、全ての装置間は光ファイバで接続されている。以下、詳細について述べる。

前記ＳＣ光源１１の種光源１４として用いる能動半導体モード同期レーザは、共振器内部の光変調器に、共振器長から決まる繰り返し周波数を印加することによりパルス光を発生させることができる強制モード同期型のレーザである。前記能動半導体モード同期レーザの光変調器部に繰り返し周波数ｆ₀＝１２．５ＧＨｚの高周波電流を印加すると、繰り返し周波数ｆ₀と同じ周期で繰り返し発生する光パルス列が生成される。このとき、前記繰り返し光パルス列の光周波数スペクトルは、フーリエ変換の関係により、繰り返し周波数ｆ₀と同じ周波数間隔を有する複数の縦モードを有している。この繰り返し光パルス列を光増幅器１５により増幅し、光強度を増大させる。続いて、光強度が増大された前記繰り返し光パルス列を、前記ＳＣ光発生用光ファイバ１６である偏波保持型分散フラットファイバに入力すると、前記ＳＣ光発生用光ファイバ１６を伝搬中に光スペクトルの相互非線形光学効果により、もとの光スペクトルの短波長および長波長側に新たに光スペクトルが生じる。続いて、さらに前記ＳＣ光発生用光ファイバ１６中を前記波長スペクトルが広がった繰り返し光パルス列が伝搬すると、さらに短波長および長波長側に新たな光スペクトルが発生する。こうした一連の作用を繰り返して、前記ＳＣ光発生用光ファイバ１６を伝搬するうちに入射した前記繰り返し光パルス列は、繰り返し周波数ｆ₀と周波数間隔ｆ₀を維持したまま前記ＳＣ光発生用光ファイバ１６に入射する前よりもはるかに広い波長域（８０ｎｍ）を有する光スペクトルになる。よって、本実施例の場合ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（０．１ｎｍ）であるため、波長数は８００にもなる。

このような一括多波長光発生手段は、スーパーコンティニウム（Supercontinuum. ＳＣ）光源と呼ばれ、公開特許公報（特開２００２−２３６３０１）や非特許文献２（E.Yamada et al, “150 channel supercontinuumＣＷ optical source with high ＳＮＲ and precise 25 GHz spacing for 10 Gbit/s ＤＷＤＭ systems ”，ＩＥＥ Electronics Letters,Vol.37,No.5,2001,pp.304-306)に詳細な説明がある。ＳＣ光源の特徴は、広帯域であると同時に周波数間隔が種光源１４の駆動周波数のみで決定されることから、周波数間隔の設定精度が１ｋＨｚ以下と非常に良好であるため、広帯域光ファイバ通信への適用が期待されている。なお、ＳＣ光源１１により生成された多波長光の様子を、図５（ａ）に示す。この図は、図４においてＡの場所で観測される多波長光を、波長数が８波長（λ₁，λ₂，・・・，λ₇，λ₈）のときに簡略化して示したものであり、各波長は周波数軸上で等間隔になっている（周波数間隔ｆ₀）。

本発明は前記ＳＣ光源１１から一括生成された多波長光を、ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ１２を用いて、フィルタ方式高速波長掃引光源１０を実現したことを最大の特徴とする。以下、さらに詳細について説明を続ける。

続いて、連続して生成される多波長繰り返し光パルス列から唯一の波長を取り出すためにＦＦＰ型高速波長可変フィルタ１２に、前記ＳＣ光源１１からの多波長繰り返し光パルスを入射する。前記ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ１２について図６を用いて詳細に説明する。

図６は、本実施例で用いた高速波長可変フィルタの一種で、以下ファイバ形ファブリペロー（Fiber-based Fabry-Perot,ＦＦＰ）共振器１２と称する。前記ＦＦＰ共振器１２は、図６に示したように高反射膜２１ａをファイバ端面２１ｂに有するシングルモードファイバ２１と、同じく高反射膜２２ａをファイバ端面２２ｂに有するシングルモードファイバ２２とを、長さ（共振器長Ｌ）の空間（大気、もしくは窒素雰囲気中）を隔て向かい合わせて配置した構成となっている。なお、ここで高反射膜２１ａおよび高反射膜２２ｂは、それぞれ９０％以上の反射率を有する誘電体多層反射膜で構成した。また、２１ｃ，２２ｃはコア、２１ｄ，２２ｄはクラッド、２３は筐体ケースである。前記ＦＦＰ共振器１２に入力する波長多重化された入力光は、前記ＦＦＰ共振器１２を通過する際に、前記共振器長Ｌ及び共振器内部（高反射膜２１ａと高反射膜２２ｂの間の空間）の屈折率から決定される透過波長（周波数）帯域に対応する波長のみを出力光として出射する。このとき、入力光の波長（周波数）間隔に比べ、前記ＦＦＰ共振器１２の透過波長（周波数）帯域を十分に小さくすることにより、波長多重化された入力光から、唯一の波長のみを出力光として透過させることが可能となる。

なお、本実施例で用いた前記ＦＦＰ共振器１２の透過波長（周波数）帯域は、前記ＦＦＰ共振器１２のフリー・スペクトラル・レンジ（Free Spectral Range,ＦＳＲ）とフィネス（Finesse,Ｆ：共振器の性能指数）から決まり、本実施例ではＦＳＲ＝１００ｎｍ（１２．５ＴＨｚ）、Ｆ＝１００００に設定したため、透過波長帯域は０．０１ｎｍ（１．２５ＧＨｚ）である。この値は、前記ＳＣ光の周波数間隔ｆ₀（＝１２．５ＧＨｚ）に比べ、１／１０程度と十分に小さい値となっているため、唯一の波長のみを透過させる機能を有する。以上、本実施例における波長選択手段の説明を行った。

次に、前記ＦＦＰ共振器１２において前記共振器内部の屈折率が一定の場合、共振器長Ｌを変化させることにより、透過波長帯域を変化させることができる。本実施例の場合、図示はしないが、シングルモードファイバ２１の入力光側とシングルモードファイバ２２の出力光側に、圧電素子であるピエゾ素子を具備している。前記ピエゾ素子は高電圧を印加すると、物理的に素子の大きさが伸縮する特性を有しているため、本実施例においては前記ピエゾ素子を高電圧で駆動すると、ピエゾ素子に物理的に接着しているシングルモードファイバ２１及びシングルモードファイバ２２が光の伝搬方向に沿って動くため、共振器長Ｌを変化させることができる。このようにして、前記ＦＦＰ共振器１２の透過波長帯域を制御する。ピエゾ素子は、位置分解能が高くかつ高速応答が可能なため、このような微細な位置制御に良く用いられる。なお、本実施例におけるピエゾ素子の駆動電源は５０Ｖのものを用い、波長帯域８０ｎｍの掃引速度は、５０μｓ（２０ｋＨｚ）と十分な高速性を有している。また、本実施例における前記ＦＦＰ共振器１２を構成する光ファイバとして、ＴＥＣ（Thermally Expanded Core)技術を導入したシングルモードファイバを用いた。前記ＴＥＣの特徴は、熱拡散技術により光ファイバのコア及びモードフィールド径を局所的に拡大させたファイバであり、光ファイバ間の軸ずれ、またはギャップに対する許容範囲が広がると同時に、平行光に近くなるため接続損失が低減でき、光学レンズが不要になるという利点を有している。図６に示したシングルモードファイバ２１及びシングルモードファイバ２２におけるＴＥＣ技術を導入した部分を、ＴＥＣ部分１およびＴＥＣ部分２として示す。以上、本実施例における波長掃引手段の説明を行った。

本実施例における波長選択及び掃引手段について、図４と図５（ｂ−１）、図５（ｂ−２）、図５（ｃ）を用いてさらに説明を行う。図５（ｂ−１）に示したように前記ＦＦＰ共振器１２に入射する繰り返し光パルス列は、図５（ａ）に示したのと同様に、波長多重化されている。一方、前記ＦＦＰ共振器１２は、図５（ｂ−２）の実線で示すようにλ４に対応する透過帯域を有するため、前記繰り返し光パルス列が前記ＦＦＰ共振器１２を通過すると、図５（ｃ）において実線で示したように波長λ４のみが選択されて出力される。なお、このように波長多重化された光パルスから、唯一の波長をフィルタリングした場合は、フーリエ変換の関係から連続光として出力される。すなわち、単一モードの連続光が得られる。次に、図５（ｂ−２）において点線で示したように、ｔ秒後に前記ＦＦＰ共振器１２の透過波長帯域を前記ピエゾ素子により駆動し、波長（周波数）間隔分だけ長波長側に変化したときに、図５（ｃ）において点線で示したように前記繰り返し光パルス列のうち波長λ５のみが選択され連続光として出力される。この手順を順次繰り返すことにより、波長選択及び波長掃引を行うことが可能となる。

本発明は、ＳＣ光源１１とＦＦＰ型高速波長可変フィルタ１２を用いることにより、広い波長帯域に渡り、精度の高い波長（周波数）間隔を有し、高速掃引が可能で、単一モードの連続光を出力できることを最大の特徴とする。

最後に、前記ＦＦＰ共振器１２より出力された単一モード連続光は、前記ＦＦＰ共振器１２を経たことにより、波長毎の光強度が−２３ｄＢｍ程度に低下している。そのため、広帯域光増幅器１３により光強度を＋２ｄＢｍ程度まで増大した。本実施例では、広帯域光増幅器１３としてエルビウム添加テルライトファイバを利得媒質とする光ファイバ増幅器（Erbium・Doped Tellurite Fiber Amplifier, ＥＤＴＦＡ）を用いた。

以上のようにして、本発明によるフィルタ方式高速波長掃引光源１０を用いれば、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域８０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝１０ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝８００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝５０μｓで掃引することが可能となる。本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０を用いて波長掃引を２回行った際の様子を図７に示す。なお、本発明のフィルタ方式高速速度掃引光源１０の発振スペクトルの線幅は、１０ＭＨｚ以下であるため、コヒーレンス長は１０ｍ以上と非常に長い。また、先に述べた理由からコヒーレンス長は波長掃引時においても劣化することなく１０ｍ以上のコヒーレンス長を有している。

また、コヒーレント長の長い能動半導体モード同期レーザを種光源１４として用いるため、発振スペクトル幅が１０ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ以上の非常に良好で、かつ安定した単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、種光源１４の駆動時に、周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。

なお、これまでに波長軸上で連続した波長が存在する光を発生することのできるスーパールミネッセントダイオード（Super Luminescent Diode,ＳＬＤ）を一括多波長光発生手段とし、波長可変液晶ファブリペロー（ＦＰ）共振器を波長選択及び波長掃引手段として光計測を行った報告がある（非特許文献３：D.S.Mehte et al., “Spectral interferometric microscops with tandem liquid-crystal Fabry-Perot interferometers for extension of the dynamic range in three-dimensional step-height measurement”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp-682-690)。また、同様にＳＬＤと波長可変音響（ＡＯ）フィルタを用いた報告もある（非特許文献４：D.S.Mehta et al., “Spectral interference Mirau microscope with an acousto-optic tunable filter for three-dimensional surface profilometry”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.1296-1305)。しかしながら、これらの報告は本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０とは次に挙げる点で大きく異なるため、本発明とは本質的に異なるので詳細について説明する。

まず、前記報告において一括多波長光発生手段として低コヒーレンスなＳＬＤを用いている。前記ＳＬＤは本発明で用いたＳＣ光源とは異なり、波長軸上で連続した波長が存在する光を発生することを特徴とするが、発生した光は自然放出増幅（Amplified Spontaneous Emission, ＡＳＥ）光であるため、コヒーレンシー（可干渉性）が低い。そのため、波長選択および掃引手段である前記波長可変液晶ＦＰ共振器や波長可変ＡＯフィルタにより光源の狭帯域化を行っても０．７ｎｍ（８８ＧＨｚ）程度の半値全幅しか得られないため、コヒーレンス長は１ｍｍ程度にしかならない。また、そのためコヒーレンス長は前記波長選択手段の透過波長帯域に依存する。一方、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０は、種光源１４としてコヒーレンシーの高い半導体モード同期レーザを用いているため、発振スペクトル幅が３ＭＨｚ以下と前記報告に比べ飛躍的に小さく、コヒーレンス長は１０ｍ程度と前記報告の１００００倍程度の非常に良好な値を有する単一モード光を得ることができる点で全く異なる。また、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０のコヒーレンス長は、種光源１４である前記半導体モード同期レーザにより決定されるため、本発明における波長選択および掃引手段である前記ＦＦＰ共振器１２の透過波長帯域には依存しない。さらに、前記報告では、前記波長可変液晶ＦＰ共振器または波長可変ＡＯフィルタの波長掃引時間が遅いため、測定時間に８００ｍｓ程度を要し生体観測には適さない。一方、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０は高速応答可能なピエゾ素子とＦＦＰ共振器１２を組み合わせて用いるためμｓオーダで測定可能である。そのため、観測中の微小な生体の動きにより測定ダイナミックレンジが劣化することなく、生体観測が容易に可能となる。以上より、本明細書の冒頭で述べた従来技術が抱える重大な課題は、前記報告の手段により解決することは不可能であり、本発明によるフィルタ方式高速波長掃引光源１０をもって初めて解決することができる。

続いて、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０を用いて行ったＯＣＴ測定について示す。図８に本発明者等が開発したＯＦＤＲ（Optical Frequency Domain Reflectometry）−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す（特願２００４−２７６７７３）。本装置は主に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０、ファイバ型Mach-Zehnder干渉計３２、バランスレシーバ３３、ＡＤ変換回路３４、ＤＡ変換回路３５、ガルバノミラー制御回路３６、演算制御装置３７、画像表示装置３８から構成される。本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０からの出射光は、９：１カプラ３９により試料光路４０に９０％、参照光路４１に１０％の光が入射する。試料光路４０に入射したレーザ光は、試料光路側サーキュレータ４２、測定光入力／信号光送出口４３、試料光路側コリメータレンズ４４、ガルバノメータミラー４５、試料光路側対物レンズ４６を経て試料４７に入射した後、試料４７からの後方反射または散乱された信号光として再び同じ光路を経て試料光路側サーキュレータ４２に戻り試料光路側偏波コントローラ（ＰＣ）４８を経て、５：５カプラ４９に入射する。即ち、試料光路４０は光路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｅ−Ｄ−Ｃ−Ｇ−Ｈで表され、そのうちの光路Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｅ−Ｄは、大気中を光が伝搬する空間光路であり（ただし、試料光路側コリメータレンズ部と試料光路側対物レンズ部を除く）、それ以外の部分（光路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ、光路Ｄ−Ｃ−Ｇ−Ｈ）は光通信用シングルモードファイバ（ＳＭＦ）で構成されている（ただし、試料光路側サーキュレータ及び試料光路側偏波コントローラの内部を除く）。

一方、参照光路４１に入射した参照光は、参照光路側サーキュレータ５０、参照光入力／送出口５１、参照光路側コリメータレンズ５２、参照光路側対物レンズ５３を経て参照反射鏡５４に入射した後、参照反射鏡５４により反射された参照光は再び同じ光路を経て参照光路側サーキュレータ５０に戻り参照光路側偏波コントローラ（ＰＣ）５５を経て５：５カプラ４９に入射する。即ち、参照光路は光路Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ｍ−Ｌ−Ｋ−Ｎ−Ｏで表され、そのうちの光路Ｌ−Ｍ−Ｌは、大気中を光が伝搬する空間光路であり（ただし、参照光路側コリメータレンズ部と参照光路側対物レンズ部を除く）、それ以外の部分（光路Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ、光路Ｌ−Ｋ−Ｎ−Ｏ）は光通信用シングルモードファイバ（ＳＭＦ）で構成されている（ただし、参照光路側サーキュレータ及び参照光路側偏波コントローラの内部を除く）。

５：５カプラ４９に入射した信号光と参照光は干渉信号となり、バランスレシーバ３３に入射され電気信号に変換される。バランスレシーバ３３は光入力ポートを２つ有し、干渉信号の直流成分を自動的に除去し干渉成分のみを取り出すことができる。バランスレシーバ３３から出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路３４においてアナログ電気信号からデジタル電気信号に変換された後、演算制御装置３７に取り込まれ、数値処理される。数値処理された測定データは、画像表示装置３８上に表示される。干渉信号電流は、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０の発振周波数切替と同期してサンプリングされ、高速Fourier 変換（ＦＦＴ）または離散Fourier 変換（ＤＦＴ）により反射強度の深さ方向依存性の情報を得ることができる。

ここで、先に述べたようにフィルタ方式高速波長掃引光源１０の周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域８０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝１０ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝８００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝５０μｓで掃引することにより干渉信号を得る。このとき、１回の掃引で得る干渉信号を、演算制御装置３７においてＦＦＴまたはＤＦＴによる数値処理を経て変換されたデータをA-line信号と称し、これは深さ方向の反射強度分布を示す一次元情報である。そのため、A-line走査時間（走査率）は掃引時間t_sと同じ５０μｓ（２０ｋＨｚ）となる。また、二次元情報を得るためには、ガルバノミラー４５を駆動することにより、試料光のビームを偏向して僅かに試料４７へのビームの照射位置をずらした状態で波長掃引を行いA-line信号を取得する。この動作を複数回繰り返すことにより二次元情報（B-scan信号）を得ることができる。そのため、A-line信号を５００本取得して得たB-scan信号を得る為に要した時間、すなわちB-scan走査時間（走査率）は、２５ｍｓ（４０Ｈｚ）である。さらに、前記ガルバノミラー４５をB-scan信号取得時のビーム走査時に対し、直角に交わる方向に沿って照射位置を連続的に複数回ずらしていくことにより、三次元情報を得ることができる。前記ガルバノミラー４５の制御は、演算制御装置３７において前記フィルタ方式高速波長掃引光源１０の掃引トリガと同期して行い、制御信号はＤＡ変換回路３５とガルバノ制御回路３６を経てガルバノミラー４５に伝達される。

図９に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法による断層像撮影装置によって測定した、ヒトから摘出した歯を試料としたときのA-line信号を示す。同図は、信号光強度の深さ位置依存性を示しており、５００本取得したA-line信号の一つである。同図において、深さ１．５ｍｍと３．０ｍｍ付近とにおける反射ピークは、それぞれ、大気とエナメル質の界面による反射ピーク、エナメル質と象牙質の界面における反射ピークに対応している。また、深さ５．８ｍｍ付近における反射ピークは、象牙質内部に存在するクラック（空隙）による反射ピークである。また、同図において侵達度は６ｍｍ（光路長）、深さ方向の分解能は１３μｍ、A-line信号取得時間は８０ｎｓである。

深さ方向の測定範囲（侵達度）は、各波数における測定光の掃引時のコヒーレント長に依存する。従って、侵達度は測定光の掃引時の実効的なスペクトル線幅によって制限される。侵達度とスペクトル線幅は比例関係にあり、１０ｍｍの侵達度を確保するためには出射光のスペクトル線幅が１３ＧＨｚ以下、測定範囲２．５ｍｍを確保するためには出射光のスペクトル線幅が５２ＧＨｚ以下に設定することが必要である（特願２００４−２７６７７３）。
一方、侵達度Δｚは測定光の波数間隔δｋによっても制限される。
ＯＦＤＲ−ＯＣＴ法においては、コヒーレント長がｍオーダと十分に長い場合、侵達度Δｚは波数間隔δｋを用いて、（２）式のように表される（特願２００４−２７６７７３）。

よって、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚより、波数に換算するとδｋ＝２６１．９８ｍ^-1であるため、侵達度Δｚの理論値は、６ｍｍであり、図９の測定結果と良く一致する。また、Δｚ＝１２ｍｍについては、δｋ＝１３０．９９ｍ^-1（ｆ₀＝６．２５ＧＨｚ）となる。

次に、波長掃引時間ｔ_sの設定値について説明する。
測定対象が生体に係るものである場合に測定対象が微動することを考慮すれば、許容される分解能Δｚ、測定対象が動く速度がｖとすれば、波長掃引時間ｔ_sの許容範囲は
ｔ_s＜（又は＝） Δｘ／ｖ
である。ここで、Δｘは８０μｍ程度である（特願２００４−２７６７７３）。したがって、ｖ＝１ｍｍ／ｓｅｃ程度のときｔ_sは８０ｍｓｅｃ以下、ｖ＝１０ｍｍ／ｓｅｃ程度のときｔ_sは８ｍｓｅｃ以下であることを必要とする。したがって、ｔ_sは最大で８０ｍｓｅｃまで設定できれば本測定に十分適用できる。
次に、掃引する波長帯域Ｗの設定値について説明する（図７参照）。周波数間隔ｆ₀を波長換算した値λ₀、波長数Ｎとすれば、
Ｗ＝λ₀・Ｎ．
である。ｆ₀＝１２．５ＧＨｚの場合、λ₀が０．１ｎｍ程度である。これより、Ｎ＝１０００のときに波長帯域Ｗは１００ｎｍ、Ｎ＝１００のときに波長帯域Ｗは１０ｎｍとなる。また、ｆ₀＝１２．５ＧＨｚの場合、λ₀が０．２ｎｍ程度である。この場合、Ｎ＝１０００のときに波長帯域Ｗは２００ｎｍ、Ｎ＝１００のときに波長帯域Ｗは２０ｎｍとなる。

また、図１０には同じ試料のB-scan信号を示す。B-scan信号は、先に説明したようにガルバノミラー４５により試料光の照射位置を３０μｍずつB-scan方向に沿ってずらしてA-line信号を取得することを５００回繰り返して得られた信号であり、B-scan範囲は１５ｍｍである。同図中、一点鎖線部分は図９に示したA-line信号に対応しており、B-scan信号取得時間は、２５ｍｓである。図１０より、大気とエナメル質の界面、エナメル質と象牙質の界面、クラックの様子が二次元断層像として明瞭に観測できることを確認した。

よって、本発明を用いれば、例えば二次元光計測において１秒間に４０程度の二次元画像を取得することができるため、リアルタイムの二次元計測が可能となる。また、種光源１４の駆動時に、周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。また前記種光源１４である能動半導体モード同期レーザの駆動電気周波数ｆ₀を変化させることにより、多波長光発生光源の周波数間隔ｆ₀を変えることができ、波長掃引繰り返し速度ｔ_rを調整することができるなど柔軟性が高いフィルタ方式高速波長掃引光源１０を提供できる。さらに、コヒーレンス長の長い能動半導体モード同期レーザを種光源１４として用いるため、発振スペクトル幅が５ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ程度の非常に良好で、かつ単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、掃引時におけるコヒーレンス長は掃引速度の増加に伴い劣化することなく、ｃｗ発振時と同じコヒーレンス長を維持することが可能となる。そのため、ＯＣＴ測定においては侵達度の劣化がなく、理論値と同じ侵達度を得ることが可能となる。

そのため、光計測においては高速な二次元画像が取得可能になる。また、波数軸上へのリスケーリングが不要となり光源のシステムが簡略化されるため、生産性が高いフィルタ方式高速波長掃引光源１０を提供することが可能となる。さらに、一定の速度で波長掃引を行うことにより時間軸上においても波長の切り替わり時間を等間隔にすることが可能となるため、光計測時に測定データのサンプリングを容易にすることが可能となる。

上述の実施例においては、スペクトル形状が矩形の場合について説明したが、スペクトル形状をガウシアン形状等別のものに変えても、分解能等は大きくは変わらず得られる効果も矩形の場合とほぼ同じである。

（ＳＣ光源と回折格子型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源によるＯＣＴ装置）
以下、図１１に基づいて本発明の第２実施例について詳細に説明する。まず、装置構成について説明する。図１１に示したように、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源２００は、ＳＣ光源２０１、回折格子型高速波長可変フィルタ２０２、広帯域光増幅器２０３から構成される。前記ＳＣ光源２０１は、さらに種光源２０４、光増幅器２０５、ＳＣ光発生用光ファイバ２０６から構成され、全ての装置間は光ファイバで接続されている。前記ＳＣ光源２０１に関する説明は、本発明の第１実施例において既に述べているＳＣ光源１１と同様なので、ここでは省略する。なお、本実施例におけるＳＣ光源２０１の繰り返し周波数ｆ₀は１２．５ＧＨｚであり、波長帯は８０ｎｍであるため、ＳＣ光源２０１から生成される光パルス列の周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（０．１ｎｍ）であり、波長数Ｎは８００になる。ＳＣ光源２０１の特徴は、広帯域であると同時に周波数間隔が種光源２０４の駆動周波数のみで決定されることから、周波数間隔の設定精度が１ｋＨｚ以下と非常に良好であるため、広帯域光ファイバ通信への適用が期待されている。なお、ＳＣ光源２０１により生成された多波長光の様子を、図１２（ａ）に示す。この図は、図１１においてＡの場所で観測される多波長光を、波長数が８波長（λ₁，λ₂，・・・，λ₇，λ₈）のときに簡略化して示したものであり、各波長は周波数軸上で等間隔になっている（周波数間隔ｆ₀）。

本発明は前記ＳＣ光源２０１から一括生成された多波長光を、回折格子型高速波長可変フィルタ２０２を用いて、フィルタ方式高速波長掃引光源２００を実現したことを最大の特徴とする。以下、さらに詳細について説明を続ける。第１の実施例において高速波長可変フィルタとしてＦＦＰ共振器を用いたのに対し、本実施例は高速波長可変フィルタとしてこれから説明する回折格子型フィルタ装置２０２を用いたことを特徴とする。

続いて、連続して生成される多波長繰り返し光パルス列から唯一の波長を取り出すために回折格子型高速波長可変フィルタ２０２に、前記ＳＣ光源２０１からの多波長繰り返し光パルス列を入射する。前記回折格子型高速波長可変フィルタ２０２について図１３を用いて詳細を説明する。図１３は、本実施例で用いた高速波長可変フィルタの一種で、以下回折格子型フィルタ装置２０２と称する。前記回折格子型フィルタ装置２０２は、図１３に示したように入力側フェルール付き光ファイバ２１１、コリメータレンズ２１２、回折格子２１３、レゾナント・ガルバノメータ・ミラー（Resonant Galvanometer Mirror, ＲＧＭ）２１４、フォーカスレンズ２１５、スリット２１６、出力側フェルール付き光ファイバ２１７から構成される。なお、フェルール付き光ファイバ２１１の端面であるフェルール端面Ａと回折格子２１３との間における光線の様子を模式的に光線ｂ２１（波長多重光）として点線で示す。また、出力側フェルール付き光ファイバ２１７の端面であるフェルール端面Ｂと回折格子２１３との間における光線の様子を模式的に光線ｂ２２（単一モード光）として一点鎖線で示す。

続いて、図１３に示した前記回折格子型フィルタ装置２０２の動作原理について説明する。まず、入力側フェルール付き光ファイバ２１１に入射したＳＣ光源２０１からの繰り返し光パルス列は、フェルール端面Ａから空間（大気中もしくは窒素雰囲気中）に放射されコリメータレンズ２１２によりコリメート（平行）光に変換される。次に、前記コリメータ光は回転機構を有するＲＧＭ２１４上に固定された回折格子２１３に入射すると反射されるが、このときの反射角度は、回折格子２１３の特性（回折次数、グレーティング本数、入射角度）およびスリット２１６のスリット幅によって決定される透過波長帯域毎に異なる。よって、フォーカスレンズ２１５で結像する場所も透過波長帯域毎に異なる。そのため、出力側フェルール付きファイバ２１７とスリット２１６を固定して設置し、ＲＧＭ２１４上に接着された回折格子２１３をＲＧＭ２１４の駆動により回転させることにより、フェルール付きファイバ２１７に結合する透過帯域を切り替えることができる。このようにして、前記回折格子型フィルタ装置２０２に入射した波長多重化された光パルス列は、透過波長帯域のみの光を透過するフィルタ機能を実現している。なお、ここで本実施例の回折格子２１３とスリット２１６により決定される透過波長帯域は０．０１ｎｍ（１．２５ＧＨｚ）に設定したため、波長間隔０．１ｎｍ（１２．５ＧＨｚ）で多重化された光パルス列から、唯一の波長、すなわち単一モード光を透過させることができる。なお、本実施例において、前記回折格子２１３が波長選択手段、また前記ＲＧＭ２１４が波長掃引手段である。

本実施例における波長選択及び掃引手段について、図１１と図１２（ｂ−１）、図１２（ｂ−２）、図１２（ａ）を用いてさらに説明を行う。図１２（ｂ−１）に示したように前記回折格子型フィルタ装置２０２に入射する繰り返し光パルス列は、図１２（ａ）に示したのと同様に、波長多重化されている。一方、前記回折格子型フィルタ装置２０２は、図１２（ｂ−２）の実線で示すようにλ₄に対応する透過帯域を有するため、前記繰り返し光パルス列が前記回折格子型フィルタ装置２０２を通過すると、図１２（ｃ）において実線で示したように波長λ₄のみが選択されて出力される。なお、このように波長多重化された光パルスから、唯一の波長をフィルタリングした場合は、フーリエ変換の関係から連続光として出力される。すなわち、単一モードの連続光が得られる。次に、図１２（ｂ−２）において点線で示したように、ｔ秒後に前記回折格子型フィルタ装置２０２の透過波長帯域を前記ＲＧＭ２１４を駆動し前記回折格子２１３を僅かに回転させることにより、波長（周波数）間隔分だけ長波長側に変化したときに、図１２（ｃ）において点線で示したように前記繰り返し光パルス列のうち波長λ₅のみが選択され連続光として出力される。この手順を順次繰り返すことにより、波長選択及び波長掃引を行うことが可能となる。本発明は、ＳＣ光源２０１と回折格子型高速波長可変フィルタ２０２を用いることにより、広い波長帯域に渡り、精度の高い波長（周波数）間隔を有し、高速掃引が可能で、単一モードの連続光を出力できることを最大の特徴とする。

最後に、前記回折格子型フィルタ装置２０２より出力された単一モード連続光は、前記回折格子型フィルタ装置２０２を経たことにより、波長毎の光強度が−２６ｄＢｍ程度に低下している。そのため、広帯域光増幅器２０３により光強度を−１ｄＢｍ程度まで増大した。本実施例では、広帯域光増幅器２０３としてエルビウム添加テルライトファイバを利得媒質とする光ファイバ増幅器（Erbium-Doped Tellurite Fiber Amplifier, ＥＤＴＦＡ）を用いた。

以上のようにして、本発明によるフィルタ方式高速波長掃引光源２００を用いれば、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域８０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝１０ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝８００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝５０μｓで掃引することが可能となる。本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源２００を用いて波長掃引を２回行った際の様子を図１４に示す。なお、本発明の高速波長掃引光源２００の発振スペクトルの線幅は、１０ＭＨｚ以下であるため、コヒーレンス長は１０ｍ以上と非常に長い。また、先に述べた理由からコヒーレンス長は波長掃引時においても劣化することなく１０ｍ以上のコヒーレンス長を有している。

また、コヒーレンス長の長い能動半導体モード同期レーザを種光源２０４として用いるため、発振スペクトル幅が１０ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ以上の非常に良好で、かつ安定した単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、種光源２０４の駆動時に周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。

なお、これまでに波長軸上で連続した波長が存在する光を発生することのできるＳＬＤを一括多波長光発生手段とし、波長可変液晶ＦＰ共振器を波長選択及び波長掃引手段として光計測を行った報告がある（非特許文献３：D.S.Mehta et al., “Spectral interferometric microscope with tandem liquid-crystal Fabry-Perot interferometers for extension of the dynamic range in three-dimsnsional step-height measurement”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.682-690 ）。また、同様にＳＬＤと波長可変ＡＯフィルタを用いた報告もある（非特許文献４：D.S.Mehta et al., “Spectral interference Mirau microscope with an acousto-optic tunable filter for three-dimensional surface profilometry”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.1296-1305)。しかしながら、これらの報告は、本発明の高速波長掃引光源とは実施例１で説明したように大きく異なる。よって、本明細書の冒頭で述べた従来技術が抱える重大な課題は、前記報告の手段により解決することは不可能であり、本発明による高速波長掃引光源をもって初めて解決することができる。

続いて、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源２００を用いて行ったＯＣＴ測定について示す。図１５に本発明者等が開発したＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す（特願２００４−２７６７７３）。本装置の詳細については実施例１において既に述べているので、ここでは省略する。

図１６に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源２００を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法による断層像撮影装置によって測定した、ヒトから摘出した歯を試料としたときのA-line信号を示す。同図は、信号光強度の深さ位置依存性を示しており、５００本取得したA-line信号の一つである。同図において、深さ１．５ｍｍと３．０ｍｍ付近とにおける反射ピークは、それぞれ、大気とエナメル質の界面による反射ピーク、エナメル質と象牙質の界面における反射ピークに対応している。また、深さ５．８ｍｍ付近における反射ピークは、象牙質内部に存在するクラック（空隙）による反射ピークである。また、同図において侵達度は６ｍｍ（光路長）、深さ方向の分解能は１３μｍ、A-line信号取得時間は８０ｎｓである。ＯＦＤＲ−ＯＣＴ法においては、コヒーレント長がｍオーダと十分に長い場合、侵達度Δｚは波数間隔δｋを用いて、（３）式のように表される（特願２００４−２７６７７３）。

よって、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚより、波数に換算するとδｋ＝２６１．９８ｍ^-1であるため、侵達度Δｚの理論値は、６ｍｍであり、図１６の測定結果と良く一致する。

また、図１７には同じ試料のB-scan信号を示す。B-scan信号は、先に説明したようにガルバノミラー２１４により試料光の照射位置を３０μｍずつB-scan方向に沿ってずらしてA-line信号を取得することを５００回繰り返して得られた信号であり、B-scan範囲は１５ｍｍである。同図中、一点鎖線部分は図１６に示したA-line信号に対応しており、B-scan信号取得時間は、２５ｍｓである。図１７より、大気とエナメル質の界面、エナメル質と象牙質の界面、クラックの様子が二次元断層像として明瞭に観測できることを確認した。

よって、本発明を用いれば、例えば二次元光計測において１秒間に４０程度の二次元画像を取得することができるため、リアルタイムの二次元計測が可能となる。また、種光源２０４の駆動時に、周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。また前記種光源２０４である能動半導体モード同期レーザの駆動電気周波数ｆ₀を変化させることにより、多波長光発生光源の周波数間隔ｆ₀を変えることができ、波長掃引繰り返し速度ｔ_rを調整することができるなど柔軟性が高い高速波長掃引光源を提供できる。さらに、コヒーレンス長の長い能動半導体モード同期レーザを種光源２０４として用いるため、発振スペクトル幅が５ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ程度の非常に良好で、かつ単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、掃引時におけるコヒーレンス長は掃引速度の増加に伴い劣化することなく、ｃｗ発振時と同じコヒーレンス長を維持することが可能となる。そのため、ＯＣＴ測定においては侵達度の劣化がなく、理論値と同じ侵達度を得ることが可能となる。

（ＳＣ光源とＦＦＰ型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源による光学部品評価装置）
以下、実施例１で用いた本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０を用いた光学部品評価装置について図１８を用いて説明する。本装置は、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０、被評価光デバイス（ＤＵＴ）３０２、受光器３０３、ＡＤ変換回路３０４、演算制御装置３０５、画像表示装置３０６から成り、前記フィルタ方式高速波長掃引光源１０とＤＵＴ３０２，ＤＵＴ３０２と受光器３０３はＳＭＦで接続されている。フィルタ方式高速波長掃引光源１０からの出力は、ＤＵＴ３０２に入射し、ＤＵＴ３０２を透過した光は受光器３０３に入射し、アナログ電気信号に変換される。アナログ電気信号は、ＡＤ変換回路３０４によりデジタル信号に変換された後、演算制御装置３０５によりデータ処理され、画像表示装置３０６にデータが表示される。よって、本装置は光デバイスの透過率の波長依存性を高速に測定することのできる光学部品評価装置である。

図１９に示したＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit、平面光波回路）型Mach-Zehnder（ＭＺ）干渉計をＤＵＴ３０２として測定したときの例について詳細を述べる。図１９において、ＭＺ干渉計はガラス系材質から成るＰＬＣ基板３１０上に光導波路構造を形成することにより作成される。同ＭＺ干渉計のポートＡに入力した光は、前記ＭＺ干渉計を経てポートＢ及びポートＣから出力される。前記ポートＢおよびポートＣから出力される光強度は、前記ＭＺ干渉計の光路差ΔＬ（本実施例の場合、１．００ｍｍに設定）から決まるフィルタ特性により、波長依存性を有する。よって、前記ＭＺ干渉計をＤＵＴ３０２として本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０からの光を入射することにより、前記ＤＵＴ３０２における透過率の波長依存性を計測することが可能となる。

なお、本発明の光学部品評価装置におけるフィルタ方式高速波長掃引光源１０は、実施例１と同じ装置構成のものを用い、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域８０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝１０ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝８００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝５０μｓで掃引することができるため、高速に評価を行うことができる。

図２０に本装置を用いて、図１９に示したＰＬＣ型ＭＺ干渉計をＤＵＴ３０２とした場合の評価結果を示す。図２０において、前記ＤＵＴ３０２のポートＢからの光出力強度を縦軸に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０の出力光波長を横軸にプロットしている。図２０に示したように、前記ＭＺ干渉系の光路長差ΔＬ＝１．００ｍｍに対応した波長軸上において周期的に光強度が変化する様子が分かる。このようにして、光学部品の透過率の波長依存性を評価することが可能となる。

（ＳＣ光源と回折格子型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源による光学部品評価装置）
以下、実施例２で用いた本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源２００を用いた光学部品評価装置について図２１を用いて説明する。本装置は、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源２００、被評価光デバイス（ＤＵＴ）４０２、受光器４０３、ＡＤ変換回路４０４、演算制御装置４０５、画像表示装置４０６から成り、前記フィルタ方式高速波長掃引光源２００とＤＵＴ４０２，ＤＵＴ４０２と受光器４０３はＳＭＦで接続されている。フィルタ方式高速波長掃引光源２００からの出力は、ＤＵＴ４０２に入射し、ＤＵＴ４０２を透過した光は受光器４０３に入射し、アナログ電気信号に変換される。アナログ電気信号は、ＡＤ変換回路４０４によりデジタル信号に変換された後、演算制御装置４０５によりデータ処理され、画像表示装置４０６にデータが表示される。よって、本装置は光デバイスの透過率の波長依存性を高速に測定することのできる光学部品評価装置である。

図２２に示したＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit、平面光波回路）型Mach-Zehnder（ＭＺ）干渉計をＤＵＴ４０２として測定したときの例について詳細を述べる。図２２において、ＭＺ干渉計はガラス系材質から成るＰＬＣ基板４１０上に光導波路構造を形成することにより作成される。同ＭＺ干渉計のポートＡに入力した光は、前記ＭＺ干渉計を経てポートＢ及びポートＣから出力される。前記ポートＢおよびポートＣから出力される光強度は、前記ＭＺ干渉計の光路差ΔＬ（本実施例の場合、１．００ｍｍに設定）から決まるフィルタ特性により、波長依存性を有する。よって、前記ＭＺ干渉計をＤＵＴ４０２として本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源１０からの光を入射することによって、前記ＤＵＴ４０２における透過率の波長依存性を計測することが可能となる。

なお、本発明の光学部品評価装置におけるフィルタ方式高速波長掃引光源２００は、実施例２と同じ装置構成のものを用い、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域８０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝１０ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝８００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝５０μｓで掃引することができるため、高速に評価を行うことができる。

図２３に本装置を用いて、図２２に示したＰＬＣ型ＭＺ干渉計をＤＵＴ４０２とした場合の評価結果を示す。図２３において、前記ＤＵＴ４０２のポートＢからの光出力強度を縦軸に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源２００の出力光波長を横軸にプロットしている。図２３に示したように、前記ＭＺ干渉系の光路長差ΔＬ＝１．００ｍｍに対応した波長軸上において周期的に光強度が変化する様子が分かる。このようにして、光学部品の透過率の波長依存性を評価することが可能となる。

（モード同期レーザとＦＦＰ型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源によるＯＣＴ装置）
以下、図２４に基づいて本発明の第５実施例について詳細に説明する。まず、装置構成について説明する。図２４に示したように、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００は、能動半導体モード同期レーザ５０１、ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ５０２、広帯域光増幅器５０３から構成される。全ての装置間は光ファイバで接続されている。以下、詳細について述べる。

前記能動半導体モード同期レーザ５０１は、共振器内部の光変調器に、共振器長から決まる繰り返し周波数を印加することによりパルス光を発生させることができる強制モード同期型のレーザである。前記能動半導体モード同期レーザ５０１の光変調器部に繰り返し周波数ｆ₀＝１２．５ＧＨｚの高周波信号を印加すると、繰り返し周波数ｆ₀と同じ周期で繰り返し発生する光パルス列が生成される。このとき、前記繰り返し光パルス列の光周波数スペクトルは、フーリエ変換の関係により、繰り返し周波数ｆ₀と同じ周波数間隔を有する複数の縦モードを有している。光周波数スペクトル幅は、５ＴＨｚ（波長帯域４０ｎｍ）と広帯域になる。

前記能動半導体モード同期レーザ５０１の特徴は、広帯域であると同時に周波数間隔が前記能動半導体モード同期レーザ５０１の駆動周波数のみで決定されることから、周波数間隔の設定精度が１ｋＨｚ以下と非常に良好であるため、広帯域光ファイバ通信への適用が期待されている。なお、前記能動半導体モード同期レーザ５０１により生成された多波長光の様子を、図２５（ａ）に示す。この図は、図２４においてＡの場所で観測される多波長光を、波長数Ｎが８波長（λ₁，λ₂、・・・、λ₇，λ₈）のときに簡略化して示したものである。また、先に述べたように波長チャネル間隔は、周波数軸上で等間隔である（周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ）。前記能動半導体モード同期レーザ５０１から生成される多波長光パルス列は、フーリエ変換の関係から、唯一の波長を光フィルタにより取り出して観測した場合、連続光として観測される。

本発明は前記能動半導体モード同期レーザ５０１から一括生成された多波長光を、ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ５０２を用いて、フィルタ方式波長掃引光源５００を実現したことを最大の特徴とする。以下、さらに詳細について説明を続ける。

続いて、連続して生成される多波長繰り返し光パルス列から唯一の波長を取り出すためにＦＦＰ型高速波長可変フィルタ５０２に、前記能動半導体モード同期レーザ５０１からの多波長繰り返し光パルス列を入射する。前記ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ５０２について図２６を用いて詳細を説明する。図２６は、本実施例で用いた高速波長可変フィルタの一種で、以下ファイバ型ファブリベロー（Fiber-based Fabry-Perot,ＦＦＰ）共振器５０２と称する。前記ＦＦＰ共振器５０２は、図２６に示したように高反射膜５２１ａをファイバ端面５２１ｂに有するシングルモードファイバ５２１と、同じく高反射膜５２２ａをファイバ端面５２２ｂに有するシングルモードファイバ５２２とを、長さ（共振器長Ｌ）の空間（大気、もしくは窒素雰囲気中）を隔て向かい合わせて配置した構成となっている。なお、ここで高反射膜５２１ａおよび高反射膜５２２ｂは、それぞれ９０％以上の反射率を有する誘電体多層反射膜で構成した。また、５２１ｃ，５２２ｃはコア、５２１ｄ，５２２ｄはクラッド、５２３は筐体ケースである。前記ＦＦＰ共振器５０２に入力する波長多重化された入力光は、前記ＦＦＰ共振器５０２を通過する際に、前記共振器長Ｌ及び共振器内部（高反射膜５２１ａと高反射膜５２２ｂの間の空間）の屈折率から決定される透過波長（周波数）帯域に対応する波長のみを出力光として出射する。このとき、入力光の波長（周波数）間隔に比べ、前記ＦＦＰ共振器５０２の透過波長（周波数）帯域を十分に小さくすることにより、波長多重化された入力光から、唯一の波長のみを出力光として透過させることが可能となる。なお、本実施例で用いた前記ＦＦＰ共振器５０２の透過波長（周波数）帯域は、前記ＦＦＰ共振器のフリー・スペクトラル・レンジ（Free Spectral Range,ＦＳＲ）とフィネス（Finesse,Ｆ：共振器の性能指数）から決まり、本実施例ではＦＳＲ＝１００ｎｍ（１２．５ＴＨｚ）、Ｆ＝１００００に設定したため、透過波長帯域は０．０１ｎｍ（１２．５ＧＨｚ）である。この値は、前記能動半導体モード同期レーザ光の周波数間隔ｆ₀（＝１２．５ＧＨｚ）に比べ、１／１０程度と十分に小さい値となっているため、唯一の波長のみを透過させる機能を有する。以上、本実施例における波長選択手段の説明を行った。

次に、前記ＦＦＰ共振器５０２において前記共振器内部の屈折率が一定の場合、共振器長Ｌを変化させることにより、透過波長帯域を変化させることができる。本実施例の場合、図示はしないが、シングルモードファイバ５２１の入力光側とシングルモードファイバ５２２の出力光側に、圧電素子であるピエゾ素子を具備している。前記ピエゾ素子は高電圧を印加すると、物理的に素子の大きさが伸縮する特性を有しているため、本実施例においては前記ピエゾ素子を高電圧で駆動すると、ピエゾ素子に物理的に接着しているシングルモードファイバ５２１及びシングルモードファイバ５２２が光の伝搬方向に沿って動くため、共振器長Ｌを変化させることができる。このようにして、前記ＦＦＰ共振器５０２の透過波長帯域を制御する。ピエゾ素子は、位置分解能が高くかつ高速応答が可能なため、このような微細な位置制御に良く用いられる。なお、本実施例におけるピエゾ素子の駆動電源は５０Ｖのものを用い、波長帯域４０ｎｍの掃引速度は、２５μｓ（４０ＫＨｚ）と十分な高速性を有している。また、本実施例における前記ＦＦＰ共振器５０２を構成する光ファイバとして、ＴＥＣ（Thermally Expanded Core)技術を導入したシングルモードファイバを用いた。前記ＴＥＣの特徴は、熱拡散技術により光ファイバのコア及びモードフィールド径を局所的に拡大させたファイバであり、光ファイバ間の軸ずれ、またはギャップに対する許容範囲が広がると同時に、平行光に近くなるため接続損失が低減でき、光学レンズが不要になるという利点を有している。図２６に示したシングルモードファイバ５２１及びシングルモードファイバ５２２におけるＴＥＣ技術を導入した部分を、ＴＥＣ部分１およびＴＥＣ部分２として示す。以上、本実施例における波長掃引手段の説明を行った。

本実施例における波長選択及び掃引手段について、図２４と図２５（ｂ−１）、図２５（ｂ−２）、図２５（ｃ）を用いてさらに説明を行う。図２５（ｂ−１）に示したように前記ＦＦＰ共振器５０２に入射する繰り返し光パルス列は、図２５（ａ）に示したのと同様に、波長多重化されている。一方、前記ＦＦＰ共振器５０２は、図２５（ｂ−２）の実線で示すようにλ₄に対応する透過帯域を有するため、前記繰り返し光パルス列が前記ＦＦＰ共振器５０２を通過すると、図２５（ｃ）において実線で示したように波長λ₄のみが選択されて出力される。なお、このように波長多重化された光パルスから、唯一の波長をフィルタリングした場合は、フーリエ変換の関係から連続光として出力される。すなわち、単一モードの連続光が得られる。次に、図２５（ｂ−２）において点線で示したように、ｔ秒後に前記ＦＦＰ共振器５０２の透過波長帯域を前記ピエゾ素子により駆動し、波長（周波数）間隔分だけ長波長側に変化したときに、図２５（ｃ）において点線で示したように前記繰り返し光パルス列のうち波長λ₅のみが選択され連続光として出力される。この手順を順次繰り返すことにより、波長選択及び波長掃引を行うことが可能となる。

本発明は、能動半導体モード同期レーザ５０１とＦＦＰ型高速波長可変フィルタ５０２を用いることにより、広い波長帯域に渡り、精度の高い波長（周波数）間隔を有し、高速掃引が可能で、単一モードの連続光を出力できることを最大の特徴とする。

最後に、前記ＦＦＰ共振器５０２より出力された単一モード連続光は、前記ＦＦＰ共振器５０２を経たことにより、波長毎の光強度が−２３ｄＢｍ程度に低下している。そのため、広帯域光増幅器５０３により光強度を＋２ｄＢｍ程度まで増大した。本実施例では、広帯域光増幅器５０３としてエルビウム添加テルライトファイバを利得媒質とする光ファイバ増幅器（Erbium-Doped Tellurite Fiber Amplifier, ＥＤＴＦＡ）を用いた。

以上のようにして、本発明によりフィルタ方式高速波長掃引光源５００を用いれば、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域４０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝５ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝４００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝２５μｓで掃引することが可能となる。本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００を用いて波長掃引を２回行った際の様子を図２７に示す。なお、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００の発振スペクトルの線幅は、１０ＭＨｚ以下であるため、コヒーレンス長は１０ｍ以上と非常に長い。また、先に述べた理由からコヒーレンス長は波長掃引時においても劣化することなく１０ｍ以上のコヒーレンス長を有している。

また、コヒーレンス長の長い能動半導体モード同期レーザ５０１を種光源として用いるため、発振スペクトル幅が１０ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ以上の非常に良好で、かつ安定した単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、種光源の駆動時に、周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。

なお、これまでに波長軸上で連続した波長が存在する光を発生することのできるスーパールミネッセントダイオード（Super Luminescent Diode,ＳＬＤ）を一括多波長光発生手段とし、波長可変液晶ファブリペロー（ＦＰ）共振器を波長選択及び波長掃引手段として光計測を行った報告がある（非特許文献３：D.S.Mehta et al., “Spectral interferometric microscops with tandem liquid-crystal Fabry-Perot interferometers for extension of the dynamic range in three-dimensional step-height measurement”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.682-690)。また、同様にＳＬＤと波長可変音響（ＡＯ）フィルタを用いた報告もある（非特許文献４：D.S.Mehta et al., “Spectral interference Mirau microscope with an acousto-optic tunable filter for three-dimensional surface profilometry”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.1296-1305)。しかしながら、これらの報告は、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００とは実施例１で説明したように大きく異なる。よって、本明細書の冒頭で述べた従来技術が抱える重大な課題は、前記報告の手段により解決することは不可能であり、本発明によるフィルタ方式高速波長掃引光源５００をもって初めて解決することができる。

続いて、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００を用いて行ったＯＣＴ測定について示す。図２８に本発明者等が開発したＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す（特願２００４−２７６７７３）。
本装置の詳細については実施例１において既に述べているので、ここでは省略する。

図２９に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法による断層像撮影装置によって測定した、ヒトから摘出した歯を試料としたときのA-line信号を示す。同図は、信号光強度の深さ位置依存性を示しており、５００本取得したA-line信号の一つである。同図において、深さ１．５ｍｍと３．０ｍｍ付近とにおける反射ピークは、それぞれ、大気とエナメル質の界面による反射ピーク、エナメル質と象牙質の界面における反射ピークに対応している。また、深さ５．８ｍｍ付近における反射ピークは、象牙質内部に存在するクラック（空隙）による反射ピークである。また、同図において侵達度は６ｍｍ（光路長）、深さ方向の分解能は２６μｍ、A-line信号取得時間は２５μｓである。ＯＦＤＲ−ＯＣＴ法においては、コヒーレント長がｍオーダと十分に長い場合、侵達度Δｚは波数間隔δｋを用いて、（４）式のように表される（特願２００４−２７６７７３）。

よって、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚより、波数に換算するとδｋ＝２６１．９８ｍ^-1であるため、侵達度Δｚの理論値は、６ｍｍであり、図２９の測定結果と良く一致する。

また、図３０には同じ試料のB-scan信号を示す。B-scan信号は、先に説明したようにガルバノミラー４５により試料光の照射位置を３０μｍずつB-scan方向に沿ってずらしてA-line信号を取得することを５００回繰り返して得られた信号であり、B-scan範囲は１５ｍｍである。同図中、一点鎖線部分は図２９に示したA-line信号に対応しており、B-scan信号取得時間は、１２．５ｍｓである。図３０より、大気とエナメル質の界面、エナメル質と象牙質の界面、クラックの様子が二次元断層像として明瞭に観測できることを確認した。

よって、本発明を用いれば、例えば二次元光計測において１秒間に８０程度の二次元画像を取得することができるため、リアルタイムの二次元計測が可能となる。また、種光源の駆動時に、周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。また前記種光源である能動半導体モード同期レーザ５０１の駆動電気周波数ｆ₀を変化させることにより、多波長光発生光源の周波数間隔ｆ₀を変えることができ、波長掃引繰り返し速度ｔ_rを調整することができるなど柔軟性が高いフィルタ方式高速波長掃引光源５００を提供できる。さらに、コヒーレンス長の長い能動半導体モード同期レーザ５０１を種光源として用いるため、発振スペクトル幅が５ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ程度の非常に良好で、かつ単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、掃引時におけるコヒーレンス長は掃引速度の増加に伴い劣化することなく、ｃｗ発振時と同じコヒーレンス長を維持することが可能となる。そのため、ＯＣＴ測定においては侵達度の劣化がなく、理論値と同じ侵達度を得ることが可能となる。

（モード同期レーザと回折格子型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源によるＯＣＴ装置）
以下、図３１に基づいて本発明の第６実施例について詳細に説明する。まず、装置構成について説明する。図３１に示したように、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００は、能動半導体モード同期レーザ６０１、回折格子型高速波長可変フィルタ６０２、広帯域光増幅器６０３から構成される。全ての装置間は光ファイバで接続されている。以下、詳細について述べる。

前記能動半導体モード同期レーザ６０１は、共振器内部の光変調器に、共振器長から決まる繰り返し周波数を印加することによりパルス光を発生させることができる強制モード同期型のレーザである。前記能動半導体モード同期レーザ６０１の光変調器部に繰り返し周波数ｆ₀＝１２．５ＧＨｚの高周波数信号を印加すると、繰り返し周波数ｆ₀と同じ周期で繰り返し発生する光パルス列が生成される。このとき、前記繰り返し光パルス列の光周波数スペクトルは、フーリエ変換の関係により、繰り返し周波数ｆ₀と同じ周波数間隔を有する複数の縦モードを有している。光周波数スペクトル幅は、５ＴＨｚ（波長帯域４０ｎｍ）と広帯域になる。

前記能動半導体モード同期レーザ６０１の特徴は、広帯域であると同時に周波数間隔が前記能動半導体モード同期レーザ６０１の駆動周波数のみで決定されることから、周波数間隔の設定精度が１ｋＨｚ以下と非常に良好であるため、広帯域光ファイバ通信への適用が期待されている。なお、前記能動半導体モード同期レーザ６０１により生成された多波長光の様子を、図３２（ａ）に示す。この図は、図３１においてＡの場所で観測される多波長光を、波長数Ｎが８波長（λ₁，λ₂，・・・，λ₇，λ₈）のときに簡略化して示したものである。また、先に述べたように波長チャネル間隔は、周波数軸上で等間隔である（周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ）。前記能動半導体モード同期レーザ６０１から生成される多波長光パルス列は、フーリエ変換の関係から、唯一の波長を光フィルタにより取り出して観測した場合、連続光として観測される。

本発明は前記能動半導体モード同期レーザ６０１から一括生成された多波長光を、回折格子型高速波長可変フィルタ６０２を用いて、波長掃引光源を実現したことを最大の特徴とする。以下、さらに詳細について説明を続ける。

続いて、連続して生成される多波長繰り返し光パルス列から唯一の波長を取り出すために回折格子型高速波長可変フィルタ６０２に、前記能動半導体モード同期レーザ６０１からの多波長繰り返し光パルス列を入射する。前記回折格子型高速波長可変フィルタ６０２について図３３を用いて詳細を説明する。図３３は、本実施例で用いた高速波長可変フィルタの一種で、以下回折格子型フィルタ装置６０２と称する。前記回折格子型フィルタ装置６０２は、図３３に示したように入力側フェルール付き光ファイバ６１１、コリメータレンズ６１２、回折格子６１３、レゾナント・ガルバノメータ・ミラー（Resonant Galvanometer Mirror, ＲＧＭ）６１４、フォーカスレンズ６１５、スリット６１６、出力側フェルール付き光ファイバ６１７から構成される。なお、フェルール付き光ファイバ６１１の端面であるフェルール端面Ａと回折格子６１３との間における光線の様子を模式的に光線ｂ６１（波長多重光）として点線で示す。また、出力側フェルール付き光ファイバ６１７の端面であるフェルール端面Ｂと回折格子６１３との間における光線の様子を模式的に光線ｂ６２（単一モード光）として一点鎖線で示す。

続いて、図３３に示した前記回折格子型フィルタ装置６０２の動作原理について説明する。まず、入力側フェルール付き光ファイバ６１１に入射した能動半導体モード同期レーザ６０１からの繰り返し光パルス列は、フェルール端面Ａから空間（大気中もしくは窒素雰囲気中）に放射されコリメータレンズ６１２によりコリメート（平行）光に変換される。次に、前記コリメータ光は回転機構を有するＲＧＭ６１４上に固定された回折格子６１３に入射すると反射されるが、このときの反射角度は、回折格子６１３の特性（回折次数、グレーティング本数、入射角度）およびスリット６１６のスリット幅によって決定される透過波長帯域毎に異なる。よって、フォーカスレンズ６１５で結像する場所も透過波長帯域毎に異なる。そのため、出力側フェルール付きファイバ６１７とスリット６１６を固定して設置し、ＲＧＭ６１４上に設置された回折格子６１３をＲＧＭ６１４の駆動により回転させることにより、フェルール付きファイバ６１７に結合する透過帯域を切り替えることができる。このようにして、前記回折格子型フィルタ装置６０２に入射した波長多重化された光パルス列は、透過波長帯域のみの光を透過するフィルタ機能を実現している。なお、ここで本実施例の回折格子６１３とスリット６１６により決定される透過波長帯域は０．０１ｎｍ（１．２５ＧＨｚ）に設定したため、波長間隔０．１ｎｍ（１２．５Ｈｚ）で多重化された光パルス列から、唯一の波長、すなわち単一モード光を透過させることができる。なお、本実施例において、前記回折格子６１３が波長選択手段、また前記ＲＧＭ６１４が波長掃引手段である。

本実施例における波長選択及び掃引手段について、図３１と図３２（ｂ−１）、図３２（ｂ−２）、図３２（ｃ）を用いてさらに説明を行う。図３２（ｂ−１）に示したように前記回折格子型フィルタ装置６０２に入射する繰り返し光パルス列は、図３２（ａ）に示したのと同様に、波長多重化されている。一方、前記回折格子型フィルタ装置６０２は、図３２（ｂ−２）の実線で示すようにλ₄に対応する透過帯域を有するため、前記繰り返し光パルス列が前記回折格子型フィルタ装置６０２を通過すると、図３２（ｃ）において実線で示したように波長λ₄のみが選択されて出力される。なお、このように波長多重化された光パルスから、唯一の波長をフィルタリングした場合は、フーリエ変換の関係から連続光として出力される。すなわち、単一モードの連続光が得られる。次に、図３２（ｂ−２）において点線で示したように、ｔ秒後に前記回折格子型フィルタ装置６０２の透過波長帯域を前記ＲＧＭ６１４を駆動し前記回折格子６１３を僅かに回転させることにより、波長（周波数）間隔分だけ長波長側に変化したときに、図３２（ｃ）において点線で示したように前記繰り返し光パルス列のうち波長λ₅のみが選択され連続光として出力される。この手順を順次繰り返すことにより、波長選択及び波長掃引を行うことが可能となる。

本発明は、能動半導体モード同期レーザ６０１と回折格子型高速波長可変フィルタ６０２を用いることにより、広い波長帯域に渡り、精度の高い波長（周波数）間隔を有し、高速掃引が可能で、単一モードの連続光を出力できることを最大の特徴とする。

最後に、前記回折格子型フィルタ装置６０２より出力された単一モード連続光は、前記回折格子型フィルタ装置６０２を経たことにより、波長毎の光強度が−２６ｄＢｍ程度に低下している。そのため、広帯域光増幅器６０３により光強度を−１ｄＢｍ程度まで増大した。本実施例では、広帯域光増幅器６０３としてエルビウム添加ファイバを利得媒質とする光ファイバ増幅（Erbium-Doped Fiber Amplifier, ＥＤＦＡ）を用いた。

以上のようにして、本発明によりフィルタ方式高速波長掃引光源６００を用いれば、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域４０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝５ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝４００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝２５μｓで掃引することが可能となる。本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００を用いて波長掃引を２回行った際の様子を図３４に示す。なお、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００の発振スペクトルの線幅は、１０ＭＨｚ以下であるため、コヒーレンス長は１０ｍ以上と非常に長い。また、先に述べた理由からコヒーレンス長は波長掃引時においても劣化することなく１０ｍ以上のコヒーレンス長を有している。

また、コヒーレンス長の長い能動半導体モード同期レーザ６０１を種光源として用いるため、発振スペクトル幅が１０ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ以上の非常に良好で、かつ安定した単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、種光源の駆動時に、周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。

なお、これまでに波長軸上で連続した波長が存在する光を発生することのできるＳＬＤを一括多波長光発生手段として、波長可変液晶ＦＰ共振器を波長選択及び波長掃引手段として光計測を行った報告がある（非特許文献３：D.S.Mehta et al., “Spectral interferometric microscope with tandem liquid-crystal Fabry-Perot interferometers for
extension of the dynamie range in three-dimsnsional step-height measuremsnt”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.682-690 ）、また、同様にＳＬＤと波長可変ＡＯフィルタを用いた報告もある（非特許文献４：D.S.Mehta et al., “Spectral interference Mirau microscope with an acouato-optic tunable filter for three-dimensional surface profilometry”,Applied Optics,Vol.42,No.4,2003,pp.1296-1305)。しかしながら、これらの報告は、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００とは実施例１で説明したように大きく異なる。よって、本明細書の冒頭で述べた従来技術が抱える重大な課題は、前記報告の手段により解決することは不可能であり、本発明によるフィルタ方式高速波長掃引光源６００をもって初めて解決することができる。

続いて、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００を用いて行ったＯＣＴ測定について示す。図３５に本発明者等が開発したＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す（特願２００４−２７６７７３）。
本装置の詳細については実施例１において既に述べているので、ここでは省略する。

図３６に、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法による断層像撮影装置によって測定した、ヒトから摘出した歯を試料としたときのA-line信号を示す。同図は、信号光強度の深さ位置依存性を示しており、５００本取得したA-line信号の一つである。同図において、深さ１．５ｍｍと３．０ｍｍ付近とにおける反射ピークは、それぞれ、大気とエナメル質の界面による反射ピーク、エナメル質と象牙質の界面における反射ピークに対応している。また、深さ５．８ｍｍ付近における反射ピークは、象牙質内部に存在するクラック（空隙）による反射ピークである。また、同図において侵達度は６ｍｍ（光路長）、深さ方向の分解能は２６μｍ、A-line信号取得時間は２５μｓである。ＯＦＤＲ−ＯＣＴ法においては、コヒーレント長がｍオーダと十分に長い場合、侵達度Δｚは波数間隔δｋを用いて、（５）式のように表される（特願２００４−２７６７７３）。

よって、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚより、波数に換算するとδｋ＝２６１．９８ｍ^-1であるため、侵達度Δｚの理論値は、６ｍｍであり、図３６の測定結果と良く一致する。

また、図３７には同じ試料のB-scan信号を示す。B-scan信号は、先に説明したようにガルバノミラー４５により試料光の照射位置を３０μｍずつB-scan方向に沿ってずらしてA-line信号を取得することを５００回繰り返して得られた信号であり、B-scan範囲は１５ｍｍである。同図中、一点鎖線部分は図３６に示したA-line信号に対応しており、B-scan信号取得時間は、１２．５ｍｓである。図３７より、大気とエナメル質の界面、エナメル質と象牙質の界面、クラックの様子が二次元断層像として明瞭に観測できることを確認した。

よって、本発明を用いれば、例えば二次元光計測において１秒間に８０程度の二次元画像を取得することができるため、リアルタイムの二次元計測が可能となる。また、種光源の駆動時に、周波数間隔が等間隔になるように設定されているので、周波数間隔の設定精度が高く（１ｋＨｚ）、また従来技術とは異なり波数軸上へのリスケーリングも不要であるため、光源のシステムが簡素化される。また前記種光源である能動半導体モード同期レーザ６０１の駆動電気周波数ｆ₀を変化させることにより、多波長光発生光源の周波数間隔ｆ₀を変えることができ、波長掃引繰り返し速度ｔ_rを調整することができるなど柔軟性が高いフィルタ方式高速波長掃引光源６００を提供できる。さらに、コヒーレンス長の長い能動半導体モード同期レーザ６０１を種光源として用いるため、発振スペクトル幅が５ＭＨｚ以下、コヒーレンス長１０ｍ程度の非常に良好で、かつ単一モード発振した光スペクトルを有する光を得ることが可能となる。さらに、掃引時におけるコヒーレンス長は掃引速度の増加に伴い劣化することなく、ｃｗ発振時と同じコヒーレンス長を維持することが可能となる。そのため、ＯＣＴ測定においては侵達度の劣化がなく、理論値と同じ侵達度を得ることが可能となる。

（モード同期レーザとＦＦＰ型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源による光学部品評価装置）
以下、実施例５で用いた本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００を用いた光学部品評価装置について図３８を用いて説明する。本装置は、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源５００、被評価光デバイス（ＤＵＴ）７０２、受光器７０３、ＡＤ変換回路７０４、演算制御装置７０５、画像表示装置７０９から成り、前記フィルタ方式高速波長掃引光源５００とＤＵＴ７０２，ＤＵＴ７０２と受光器７０３はＳＭＦで接続されている。フィルタ方式高速波長掃引光源５００からの出力は、ＤＵＴ７０２に入射し、ＤＵＴ７０２を透過した光は受光器７０３に入射し、アナログ電気信号に変換される。アナログ電気信号は、ＡＤ変換回路７０４によりデジタル信号に変換された後、演算制御装置７０５によりデータ処理され、画像表示装置７０６にデータが表示される。よって、本装置は光デバイスの透過率の波長依存性を高速に測定することのできる光学部品評価装置である。

図３９に示したＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit、平面光波回路）型Mach-Zehnder（ＭＺ）干渉計をＤＵＴ７０２として測定したときの例について詳細を述べる。図３９において、ＭＺ干渉計はガラス系材質から成るＰＬＣ基板７１０上に光導波路構造を形成することにより作成される。同ＭＺ干渉計のポートＡに入力した光は、前記ＭＺ干渉計を経てポートＢ及びポートＣから出力される。前記ポートＢおよびポートＣから出力される光強度は、前記ＭＺ干渉計の光路長差ΔＬ（本実施例の場合、１．００ｍｍに設定）から決まるフィルタ特性により、波長依存性を有する。よって、前記ＭＺ干渉計をＤＵＴ７０２として本発明の波長掃引光源からの光を入射することによって、前記ＤＵＴ７０２における透過率の波長依存性を計測することが可能となる。

なお、本発明の光学部品評価装置におけるフィルタ方式高速波長掃引光源５００は、実施例５と同じ装置構成のものを用い、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域４０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝５ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝４００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝２５μｓで掃引することができるため、高速に評価を行うことができる。

図４０に本装置を用いて図３９に示したＰＬＣ型ＭＺ干渉計をＤＵＴ７０２とした場合の評価結果を示す。図４０において、前記ＤＵＴ７０２のポートＢからの光出力強度を縦軸に、本発明のフィルタ方式波長掃引光源５００の出力光波長を横軸にプロットしている。図４０に示したように、前記ＭＺ干渉系の光路長差ΔＬ＝１．００ｍｍに対応した波長軸上において周期的に光強度が変化する様子が分かる。このようにして、光学部品の透過率の波長依存性を評価することが可能となる。

（モード同期レーザと回折格子型高速波長可変フィルタを用いた高速波長掃引光源による光学部品評価装置）
以下、実施例６で用いた本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００を用いた光学部品評価装置について図４１を用いて説明する。本装置は、本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源６００、被評価光デバイス（ＤＵＴ）８０２、受光器８０３、ＡＤ変換回路８０４、演算制御装置８０５、画像表示装置８０６から成り、前記フィルタ方式高速波長掃引光源６００とＤＵＴ８０２，ＤＵＴ８０２と受光器８０３はＳＭＦで接続されている。フィルタ方式高速波長掃引光源６００からの出力は、ＤＵＴ８０２に入射し、ＤＵＴ８０２を透過した光は受光器８０３に入射し、アナログ電気信号に変換される。アナログ電気信号は、ＡＤ変換回路８０４によりデジタル信号に変換された後、演算制御装置８０５によりデータ処理され、画像表示装置８０６にデータが表示される。よって、本装置は光デバイスの透過率の波長依存性を高速に測定することのできる光学部品評価装置である。

図４２に示したＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit、平面光波回路）型Mach-Zehnder（ＭＺ）干渉計をＤＵＴ８０２として測定したときの例について詳細を述べる。図４２において、ＭＺ干渉計はガラス系材質から成るＰＬＣ基板８１０上に光導波路構造を形成することにより作成される。同ＭＺ干渉計のポートＡに入力した光は、前記ＭＺ干渉計を経てポートＢ及びポートＣから出力される。前記ポートＢおよびポートＣから出力される光強度は、前記ＭＺ干渉計の光路長差ΔＬ（本実施例の場合、１．００ｍｍに設定）から決まるフィルタ特性により、波長依存性を有する。よって、前記ＭＺ干渉計をＤＵＴ８０２として本発明の波長掃引光源からの光を入射することにより、前記ＤＵＴ８０２における透過率の波長依存性を計測することが可能となる。

なお、本発明の光学部品評価装置におけるフィルタ方式高速波長掃引光源６００は、実施例６と同じ装置構成のものを用い、周波数間隔ｆ₀＝１２．５ＧＨｚ（波長換算で約０．１ｎｍ）、波長帯域４０ｎｍ（周波数帯域Δｆ＝５ＴＨｚ）、波長チャネル数Ｎ＝４００のシングルモード光を、掃引時間t_s＝２５μｓで掃引することができるため、高速に評価を行うことができる。

図４３に本装置を用いて、図４２に示したＰＬＣ型ＭＺ干渉計をＤＵＴ８０２とした場合の評価結果を示す。図４３において、前記ＤＵＴ８０２のポートＢからの光出力強度を縦軸に、本発明のフィルタ方式波長掃引光源６００の出力光波長を横軸にプロットしている。図４３に示したように、前記ＭＺ干渉系の光路長差ΔＬ＝１．００ｍｍに対応した波長軸上において周期的に光強度が変化する様子が分かる。このようにして、光学部品の透過率の波長依存性を評価することが可能となる。

従来の波長掃引光源を示す構成図。 従来の波長掃引光源の掃引動作時における発振波長の時間依存性を示す概念図。 本発明のフィルタ方式高速波長掃引光源における発振周波数の時間依存性を示す概念図。 本発明の実施例１に係るフィルタ方式高速波長掃引光源を示す構成図。 実施例１における光の状態を示す特性図。 ファイバ形ファブリペロー共振器を示す構成図。 実施例１のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いて波長掃引を２回行った際の様子を示す特性図。 実施例１のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す構成図。 実施例１のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、A-line信号を示す特性図。 実施例１のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、B-scan信号を示す特性図。 本発明の実施例２に係るフィルタ方式高速波長掃引光源を示す構成図。 実施例２における光の状態を示す特性図。 回折格子型高速波長可変フィルタを示す構成図。 実施例２のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いて波長掃引を２回行った際の様子を示す特性図。 実施例２のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す構成図。 実施例２のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、A-line信号を示す特性図。 実施例２のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、B-scan信号を示す特性図。 光学部品評価装置を示す構成図。 ＰＬＣ型のＭＺ干渉計を示す構成図。 光学部品評価装置による評価結果を示す特性図。 光学部品評価装置を示す構成図。 ＰＬＣ型のＭＺ干渉計を示す構成図。 光学部品評価装置による評価結果を示す特性図。 本発明の実施例５に係るフィルタ方式高速波長掃引光源を示す構成図。 実施例５における光の状態を示す特性図。 ファイバ形ファブリペロー共振器を示す構成図。 実施例５のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いて波長掃引を２回行った際の様子を示す特性図。 実施例５のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す構成図。 実施例５のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、A-line信号を示す特性図。 実施例５のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、B-scan信号を示す特性図。 本発明の実施例６に係るフィルタ方式高速波長掃引光源を示す構成図。 実施例６における光の状態を示す特性図。 回折格子型高速波長可変フィルタを示す構成図。 実施例６のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いて波長掃引を２回行った際の様子を示す特性図。 実施例６のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置を示す構成図。 実施例６のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、A-line信号を示す特性図。 実施例６のフィルタ方式高速波長掃引光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置よって測定した、B-scan信号を示す特性図。 光学部品評価装置を示す構成図。 ＰＬＣ型のＭＺ干渉計を示す構成図。 光学部品評価装置による評価結果を示す特性図。 光学部品評価装置を示す構成図。 ＰＬＣ型のＭＺ干渉計を示す構成図。 光学部品評価装置による評価結果を示す特性図。

符号の説明

１０ フィルタ方式高速波長掃引光源
１１ スーパーコンティニウム光源
１２ ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ
１３ 広帯域光増幅器
１４ 種光源
１５ 光増幅器
１６ ＳＣ光発生用光ファイバ
２００ フィルタ方式高速波長掃引光源
２０１ スーパーコンティニウム光源
２０２ 回折格子型高速波長可変フィルタ
２０３ 広帯域光増幅器
２０４ 種光源
２０５ 光増幅器
２０６ ＳＣ光発生用光ファイバ
５００ フィルタ方式高速波長掃引光源
５０１ 能動半導体モード同期レーザ
５０２ ＦＦＰ型高速波長可変フィルタ
５０３ 広帯域光増幅器
６００ フィルタ方式高速波長掃引光源
６０１ 能動半導体モード同期レーザ
６０２ 回折格子型高速波長可変フィルタ
６０３ 広帯域光増幅器

Claims (8)

1. 光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ）−光断層画像測定（ＯＣＴ）装置に用いるためのフィルタ方式高速波長掃引光源であって、
   波長が異なると共に周波数（または波数）間隔が一定になっている複数の連続光を多重化してなる多波長光パルス列を一括して発生する一括多波長光発生手段と、
   透過帯域周波数が前記光パルス列の周波数（または波数）間隔よりも小さく設定されていることにより、前記一括多波長光発生手段から発生した光パルス列の中から、特定の波長の単一のパルス光のみを選択し、選択した特定の波長の単一のパルス光を連続光として出力する波長選択手段と、
   前記波長選択手段の前記透過周波数帯域を、前記光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ）−光断層画像測定（ＯＣＴ）装置の干渉信号サンプリングに同期して、前記光パルス列の周波数（または波数）間隔分ずつ順次変化させることにより、前記波長選択手段により選択するパルス光を、順次、別の波長のパルス光に切り替える波長掃引手段と、
   を有することを特徴とするフィルタ方式高速波長掃引光源。
2. 前記一括多波長光発生手段は、
   スーパーコンティニウム光源か能動半導体モード同期レーザのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ方式高速波長掃引光源。
3. 前記スーパーコンティニウム光源は、
   能動半導体モード同期レーザと、
   前記能動半導体モード同期レーザから発生したパルス光を増幅する光増幅器と、
   前記光増幅器により増幅したパルス光が入力されて伝搬することにより、波長が異なる共に周波数（または波数）間隔が一定になっている複数のパルス光からなる光パルス列を発生して出力する、正常分散かつ分散平坦特性を有する光ファイバと、
   から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィルタ方式高速波長掃引光源。
4. 前記波長選択手段は、
   高反射膜をファイバ端面に有する一方のシングルモードファイバの前記ファイバ端面と、高反射膜をファイバ端面に有する他方のシングルモードファイバの前記ファイバ端面とを、共振器長の長さとなっている空間を隔てて向かい合わせて配置したファイバ型ファブリペロー共振器であり、
   前記波長掃引手段は、
   前記ファイバ型ファブリペロー共振器を構成する一方のシングルモードファイバと他方のシングルモードファイバを光の伝搬方向に沿い移動させて前記共振器長を変化させるピエゾ駆動素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のフィルタ方式高速波長掃引光源。
5. 前記一方のシングルモードファイバ及び前記他方のシングルモードファイバは、熱拡散技術により、ファイバ端面部分において、コア及びモードフィールド径を拡大させたファイバであることを特徴とする請求項４に記載のフィルタ方式高速波長掃引光源。
6. 前記波長選択手段は、
   前記一括多波長光発生手段から発生した光パルス列を平行光に変換するコリメータレンズと、
   前記コリメータレンズにより平行光となった光パルス列を反射する回折格子と、
   回折格子により反射された光を集光するフォーカスレンズと、
   前記フォーカスレンズにより光が集光される位置に配置されたスリットにより構成され、
   前記波長掃引手段は、
   回折格子が固定されておりこの回折格子による反射角度を変更するレゾナント・ガルバノメータ・ミラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のフィルタ方式高速波長掃引光源。
7. 前記波長選択手段及び前記波長掃引手段の後段に、広帯域光増幅手段を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のフィルタ方式高速波長掃引光源。
8. 前記広帯域光増幅手段は、エルビウム添加テルライトファイバを利得媒質とする光ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ方式高速波長掃引光源。

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