JP2006024876A - Wavelength scanning fiber laser light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は単光性の光を発生してその発光波長を周期的に走査する波長走査型ファイバレーザ光源に関するものである。 The present invention relates to a wavelength scanning fiber laser light source that generates single light and periodically scans its emission wavelength.
従来、光を測定対象に照射し測定対象を分析する分析装置の光源として、広帯域の光源が用いられている。分光分析では広帯域の光を測定対象に投光し、その反射光や透過光をグレーティング等で波長成分に空間的に分解したり、干渉計で周波数成分にフーリエ変換して分析する手法が広く用いられている。このような光源としては、例えば白色光源やエルビウムドープドファイバ(EDF)を用いたASE光源等があった。しかしこのような分光分析では、波長に対する光出力強度密度が低いため、分光において利用できる光のレベルが小さい。そのためフーリエ変換の分析をしても検出光信号がノイズに埋もれてしまい、分析が難しいという欠点があった。 Conventionally, a broadband light source is used as a light source of an analysis apparatus that irradiates a measurement object with light and analyzes the measurement object. In the spectroscopic analysis, a method is widely used in which broadband light is projected onto a measurement target, and the reflected light or transmitted light is spatially decomposed into wavelength components by a grating or the like, or is analyzed by Fourier transform into frequency components by an interferometer. It has been. Examples of such a light source include a white light source and an ASE light source using erbium-doped fiber (EDF). However, in such spectroscopic analysis, since the light output intensity density with respect to the wavelength is low, the level of light that can be used in spectroscopy is small. For this reason, even if Fourier transform analysis is performed, the detection light signal is buried in noise, which makes it difficult to analyze.
分析装置の光源として、強いレベルの単一スペクトルの光を所望の帯域で変化させる波長可変型の光源を用いる方法もある。これは単光性の強い光の波長を変化させて測定対象に照射し、測定対象を透過したり、又は反射する光をそのまま受光素子で受光するものである。この方法では、光源の波長に対する光出力強度密度が高いので、検出光のレベルと信号対ノイズ比が十分に高く、十分な測定精度を実現できる。 There is also a method of using a wavelength-variable light source that changes a single spectrum of a strong level in a desired band as a light source of the analyzer. In this method, the wavelength of light having strong single light is changed to irradiate the measurement object, and light that passes through or reflects the measurement object is received by the light receiving element as it is. In this method, since the light output intensity density with respect to the wavelength of the light source is high, the level of the detection light and the signal-to-noise ratio are sufficiently high, and sufficient measurement accuracy can be realized.
従来の波長可変型の光源には外部共振器型レーザやファイバリングレーザがある。外部共振器型レーザは、ゲイン媒質、例えば半導体レーザを用い、その半導体レーザの一方の端面と外部のミラーとの間で外部共振器を形成し、外部共振器の中にグレーティング等による波長可変フィルタを設けることによって発振波長を変化させ、波長可変型の光源を得るようにしたものである。外部共振器型レーザ光源では、外部共振器型長は例えば50mmと比較的小さく、縦モード間隔は例えば30GHzと広い。従って単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。そのため単一モードで連続的に波長を可変し、しかも出力を安定とするためには、外部共振器長をピエゾ素子等を用いて微妙に制御しなければならず、複雑な制御が必要となる。又機械的な動作を伴い、波長と外部共振器長とを同期させて制御するため、高速で波長を変化させることが難しいという欠点があった。 Conventional wavelength tunable light sources include an external resonator laser and a fiber ring laser. The external resonator type laser uses a gain medium, for example, a semiconductor laser, forms an external resonator between one end face of the semiconductor laser and an external mirror, and a wavelength tunable filter such as a grating in the external resonator. By changing the oscillation wavelength, a wavelength-tunable light source is obtained. In the external resonator type laser light source, the external resonator type length is relatively small, for example, 50 mm, and the longitudinal mode interval is wide, for example, 30 GHz. Therefore, simply changing the wavelength of the tunable filter makes it unstable between the longitudinal modes. For example, discontinuous mode hops may occur between modes, or oscillation may occur in multiple modes. Therefore, in order to continuously change the wavelength in a single mode and stabilize the output, the external resonator length must be delicately controlled using a piezo element or the like, and complicated control is required. . In addition, there is a drawback that it is difficult to change the wavelength at high speed because the wavelength and the external resonator length are controlled in synchronization with the mechanical operation.
又非特許文献1に、エルビウムドープドファイバを用いたリングレーザによる波長可変光源も提案されている。これはエルビウムドープドファイバ(EDF)及びこれを励起するファイバアンプをゲイン媒体として用い、その光ファイバループの間に波長可変型のバンドパスフィルタを設けて、このバンドパスフィルタの波長を変化させることによって波長可変光源を得るようにしたものである。この場合には光ファイバループの共振器長を例えば30mと長くできるため、縦モード間隔を狭くすることができる。そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
波長可変光源を分析装置の光源として用いる場合には、高速で波長を変化させること、及び発振スペクトルの幅を狭くすることが必要であり、これに応じた特性がバンドパスフィルタにも要求される。例えば光コヒーレントトモグラフィ(OCT)において、高速の波長走査が利用可能になると、高速の画像処理、血流観測、酸素飽和濃度の変化等の動的な解析が可能となるので、このような装置が要求されている。しかし画像表示フレームレートに追従するような高速の走査が可能な波長レーザ光源は存在しなかった。 When using a wavelength tunable light source as a light source for an analyzer, it is necessary to change the wavelength at high speed and to narrow the width of the oscillation spectrum, and characteristics corresponding to this are also required for the bandpass filter. . For example, when high-speed wavelength scanning is available in optical coherent tomography (OCT), dynamic analysis such as high-speed image processing, blood flow observation, and oxygen saturation concentration change can be performed. Is required. However, there has been no wavelength laser light source capable of high-speed scanning that follows the image display frame rate.
従来のフィルタ技術では高速の波長可変特性と、高いQ値を同時に得ることが難しかった。例えば光音響光学効果(AO)を利用した波長可変フィルタでは、透過波長以外での抑圧比が十分でなく、安定した発振ができないという欠点があった。又バンドパスフィルタとしてピエゾ素子を用いてファブリペローエタロンを形成した場合には、波長可変速度が数Hz以下と遅く、ヒステリシスがあるという問題点があった。又バンドパスフィルタにグレーティングを用いる場合には、光軸の調整が難しく、高価になるという欠点があった。更にバンドパスフィルタとして光干渉フィルタを用いたものも考えられるが、フィルタを一度通過させるだけではフィルタのQが低く、あまりスペクトルを狭くすることができないという欠点があった。 In the conventional filter technology, it is difficult to obtain a high-speed wavelength variable characteristic and a high Q value at the same time. For example, a wavelength tunable filter using the photoacoustic optical effect (AO) has a drawback that the suppression ratio other than the transmission wavelength is not sufficient, and stable oscillation cannot be performed. Further, when a Fabry-Perot etalon is formed using a piezo element as a bandpass filter, there is a problem that the wavelength variable speed is as low as several Hz or less and there is hysteresis. In addition, when a grating is used for the bandpass filter, there is a disadvantage that adjustment of the optical axis is difficult and expensive. Further, although an optical interference filter may be used as a bandpass filter, there is a drawback that the spectrum cannot be narrowed much because the Q of the filter is low only by passing the filter once.
本発明はこのような欠点を解消するため成されたもので、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を高速で走査できるようにした波長走査型のファイバレーザ光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to eliminate such drawbacks, and an object of the present invention is to provide a wavelength scanning type fiber laser light source capable of scanning the wavelength of a light source having a narrow band spectrum at high speed.
この課題を解決するために、本発明の波長走査型ファイバレーザ光源は、レーザ発振の光路となる光ファイバと、前記光ファイバに接続され、発振する波長に利得を有するゲイン媒体と、前記光ファイバに接続され、波長を連続的に可変する波長可変光フィルタと、を具備し、前記波長可変フィルタは、前記光ファイバより得られる光ビームの反射角度を一定範囲で周期的に変化させる光ビーム偏向部と、前記光ビーム偏向部からの光を平行走査光に変換する第1の光学素子と、前記第1の光学素子から出射される光の走査方向に沿って、選択波長が連続的に変化するように配置される光フィルタと、前記光フィルタを透過する光を同一方向に反射する第2の光学素子と、を具備することを特徴とするものである。 In order to solve this problem, a wavelength scanning fiber laser light source according to the present invention includes an optical fiber serving as a laser oscillation optical path, a gain medium connected to the optical fiber and having a gain at the oscillation wavelength, and the optical fiber. And a wavelength tunable optical filter that continuously varies the wavelength, wherein the wavelength tunable filter periodically changes the reflection angle of the light beam obtained from the optical fiber within a certain range. , A first optical element that converts light from the light beam deflecting section into parallel scanning light, and a selection wavelength continuously changing along a scanning direction of light emitted from the first optical element And a second optical element that reflects light transmitted through the optical filter in the same direction.
ここで前記光ファイバは、ループ状に形成されたものであり、前記光ファイバに接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出す光学カップラを更に有するようにしてもよい。 Here, the optical fiber is formed in a loop shape, and may further include an optical coupler that is connected to the optical fiber and extracts a part of light passing through the optical fiber.
ここで前記ゲイン媒体は、前記光ファイバのループの一部を構成する光ファイバ増幅器としてもよい。 Here, the gain medium may be an optical fiber amplifier constituting a part of the loop of the optical fiber.
ここで第1〜第3の端子を有し、前記第1,第2の端子が光ファイバのループに接続され、前記第3の端子が前記波長可変フィルタに接続され、各端子に入射される光の方向を制御する光サーキュレータを更に有するようにしてもよい。 Here, it has first to third terminals, the first and second terminals are connected to an optical fiber loop, the third terminal is connected to the wavelength tunable filter, and is incident on each terminal. You may make it further have the optical circulator which controls the direction of light.
ここで前記光ファイバループは、偏波面保存型の光ファイバを含んで構成されるようにしてもよい。 Here, the optical fiber loop may include a polarization-preserving optical fiber.
ここで前記光ファイバの一端に前記ゲイン媒体が接続され、前記光ファイバの他端に前記波長可変フィルタが接続されたものとしてもよい。 Here, the gain medium may be connected to one end of the optical fiber, and the wavelength tunable filter may be connected to the other end of the optical fiber.
ここで前記ゲイン媒体は、光を増幅する半導体光増幅器としてもよい。 Here, the gain medium may be a semiconductor optical amplifier that amplifies light.
ここで前記光ファイバに接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出す光学カップラを更に有するようにしてもよい。 Here, an optical coupler connected to the optical fiber and extracting a part of the light passing through the optical fiber may be further provided.
ここで前記光ファイバには光ファイバを通過する光の偏波方向を一定方向に規定する偏波コントローラを更に有するようにしてもよい。 Here, the optical fiber may further include a polarization controller that regulates the polarization direction of light passing through the optical fiber in a fixed direction.
ここで前記ゲイン媒体は、その一端が前記光ファイバに接続され、他端から光を取り出すように構成してもよい。 Here, one end of the gain medium may be connected to the optical fiber, and light may be extracted from the other end.
ここで前記波長可変フィルタの光ビーム偏向部は、前記光ファイバより出射される光軸上に配置され、回転によって光の反射角を変化させる複数の反射面を有するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを回転させて光の反射角度を制御する駆動部と、を有するようにしてもよい。 Here, the light beam deflecting unit of the wavelength tunable filter is disposed on the optical axis emitted from the optical fiber, and includes a polygon mirror having a plurality of reflecting surfaces that change a reflection angle of light by rotation, and the polygon mirror. And a drive unit that rotates to control the reflection angle of light.
ここで前記波長可変フィルタの光ビーム偏向部は、前記光ファイバより出射される光軸上に配置され、回転によって光の反射角を変化させる平板ミラーと、前記平板ミラーを一定の角度範囲で回動させるガルバノメータと、を有するようにしてもよい。 Here, the light beam deflecting unit of the wavelength tunable filter is disposed on the optical axis emitted from the optical fiber, and rotates the flat mirror that changes the reflection angle of light by rotation and the flat mirror within a certain angle range. And a galvanometer to be moved.
ここで前記波長可変フィルタの第1の光学素子は、前記光偏向部からの偏向光を一定の方向とするレンズ系としてもよい。 Here, the first optical element of the wavelength tunable filter may be a lens system in which the deflected light from the light deflecting unit is in a certain direction.
ここで前記波長可変フィルタの第1の光学素子は、前記光偏向部からの偏向された光を同一方向に反射する凹面ミラーとしてもよい。 Here, the first optical element of the wavelength tunable filter may be a concave mirror that reflects the deflected light from the light deflecting unit in the same direction.
ここで前記波長可変フィルタの第2の光学素子は、前記光フィルタを透過した光の光軸に対し垂直に配置された反射面を有する第2のミラーとしてもよい。 Here, the second optical element of the wavelength tunable filter may be a second mirror having a reflecting surface arranged perpendicular to the optical axis of the light transmitted through the optical filter.
ここで前記波長可変フィルタの第2の光学素子は、前記光フィルタを透過した光の光軸に対し平行に光を反射するプリズムとしてもよい。 Here, the second optical element of the wavelength tunable filter may be a prism that reflects light parallel to the optical axis of the light transmitted through the optical filter.
このような特徴を有する本発明によれば、光ファイバをレーザ発振の光路長として用いることによって光路長を長くし、波長可変フィルタで発振波長を変化させる。波長可変フィルタは光ビーム偏向部で光を偏向し、平行走査光に変化した後、光フィルタを通過させる。第2の光学素子によって同一方向に光を透過させることによって波長可変フィルタが光路長の一部を構成することとなり、選択波長によって発振波長を決めることができる。従って光フィルタの選択波長を連続的に変化させることにより波長可変を行うことができ、レーザ光は光フィルタを2回通過するので、発光スペクトルの狭いレーザ光を発振させることができる。そしてこの光ビーム偏向部の偏向速度を十分高くすることによって、高速で波長可変を行うことができるという効果が得られる。 According to the present invention having such characteristics, the optical path length is increased by using the optical fiber as the optical path length of laser oscillation, and the oscillation wavelength is changed by the wavelength variable filter. The wavelength tunable filter deflects light by the light beam deflecting unit, changes the light into parallel scanning light, and then passes through the optical filter. The wavelength tunable filter forms part of the optical path length by transmitting light in the same direction by the second optical element, and the oscillation wavelength can be determined by the selected wavelength. Accordingly, the wavelength can be varied by continuously changing the selection wavelength of the optical filter, and the laser light passes through the optical filter twice, so that the laser light having a narrow emission spectrum can be oscillated. Then, by making the deflection speed of the light beam deflecting part sufficiently high, an effect that wavelength can be varied at high speed can be obtained.
図1は本発明の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源の構成を示す図である。本実施の形態の波長走査型ファイバレーザ光源10は光ファイバ11を含んでループを形成している。このループの一部に、ゲイン媒体12、光サーキュレータ13、光カップラ14及び偏波コントローラ15を設ける。ゲイン媒体12は、光ファイバループの一部に設けられるエルビウムイオン(Er3+)を添加したエルビウムドープドファイバ16と、このエルビウムドープドファイバ16にポンプ光を入射するファイバ励起用の半導体レーザ17、及びWDMカップラ18を有している。この光ファイバループは、例えば30〜50mの長さを有するものとする。この励起用半導体レーザ17は例えば1480nmや980nmの波長が用いられ、エルビウムドープドファイバ16を透過する光を増幅するものである。光サーキュレータ13は、光ファイバ11を透過する光の方向を図示のように矢印方向に規制するものである。即ち光サーキュレータ13の入力端子13a,13bが光ファイバループに接続されており、入力端子13aから入射した光は光サーキュレータの端子13cより出射される。又光サーキュレータ13cより入射した光は端子13bより出射される。端子13bより入射した光は端子13aより出射される。又光カップラ14は光ファイバループの光の一部を抽出するものであり、偏波コントローラ15は、光ファイバループを透過する光の偏波方向を一定方向に規定するものである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wavelength scanning fiber laser light source according to an embodiment of the present invention. The wavelength scanning fiber
光サーキュレータ13の端子13cは、光ファイバ21を介して図示のようにコリメートレンズ22に接続される。コリメートレンズ22は光ファイバ21からの光を平行光とするもので、その光軸上には偏光子23、ポリゴンミラー24が配置される。ポリゴンミラー24は図示のように紙面に垂直な軸に沿って回転させることによって、平行光を図示の範囲で角度を変化させて反射するものである。この反射光の光軸にはシリンドリカルレンズ25、バンドパスフィルタ26及びミラー27が設けられる。シリンドリカルレンズ25は図示のように、ポリゴンミラー24の回転角度にかかわらずその反射光を常に一定方向となるように屈折するものである。又ミラー27はシリンドリカルレンズ25より出射される光軸に対して反射面が垂直に配置されている。バンドパスフィルタ26は誘電体多層膜を多数積層した光干渉型の誘電体多層膜フィルタとし、図示の光の走査方向に対して多層膜の光学膜厚を変化させ、選択波長を連続的に変化させるように構成される。この選択波長は例えば1500〜1600nmの範囲とする。このフィルタ26は反射光が再びコリメートレンズ22に入射することを防止するため、光軸に対してわずかに傾けて配置されている。駆動部28はポリゴンミラー24を一定速度で回転させるものである。又偏光子23はコリメートレンズとポリゴンミラー24間を透過する光の偏光方向を所定方向に規定するものである。ここでポリゴンミラー24と駆動部28とは光ファイバより得られる光ビームの反射角度を一定範囲で周期的に変化させる光ビーム偏向部を構成している。又シリンドリカルレンズは偏向光を平行走査光に変換する第1の光学素子であり、ミラー27は光フィルタを透過する光を同一方向に反射する第2の光学素子である。
The terminal 13c of the
光ファイバループの長さはバンドパスフィルタ26の半値全幅中に複数本の縦モードが含まれるような長さを選択することが必要である。この縦モードの本数は好ましくは10本以上とし、更に好ましくは100本以上とし、多いほど好ましい。但し縦モードを多くするためには光ファイバを長くする必要があり、実用的には数十mの長さの光ファイバが用いられる。
The length of the optical fiber loop needs to be selected such that a plurality of longitudinal modes are included in the full width at half maximum of the
次にこの実施の形態の動作について説明する。この実施の形態において前述した励起用の半導体レーザ17を駆動し、WDMカップラ18を介して光ファイバループをポンピングする。図2(a)はゲイン媒体12の利得を示す。こうすれば光サーキュレータ13の作用によって端子13aから加わった光が端子13cより光ファイバ21に入り、コリメートレンズ22によって平行光となる。そしてポリゴンミラー24の回転位置によって例えば図1に実線で示すような位置に反射され、シリンドリカルレンズ25によってミラー27の反射面に垂直な光軸に変換される。そしてバンドパスフィルタ26を透過する波長の光はミラー27に入射し、ミラー27で反射されて再びバンドパスフィルタ26、シリンドリカルレンズ25、ポリゴンミラー24を介してコリメートレンズ22に加わる。更にコリメートレンズ22を介して光サーキュレータ13より光ファイバループに加わる。又偏波コントローラ15は光ファイバループを透過する光の偏波を一定方向に調整する。図2(b)は光ファイバループの長さと光ファイバの屈折率で定まる光学長に応じて定まる外部共振縦モードを示している。例えばこの光学長を30mとすると、約10MHzの間隔の縦モードが存在する。ここで図3の曲線Aはバンドパスフィルタ26の1回の透過特性を示す図であり、曲線Bは2回の透過によって狭帯域となったバンドパスフィルタの特性を示す図である。図2(c)はこの2回の透過によるフィルタの特性B1を示しており、このフィルタを透過することによって選択された波長で図2(d)に示すように複数の縦モードを含んで多モード発振する。発振波長は例えば1500nmとなる。こうして光ファイバループで発振したレーザ光の一部、例えばレーザ光の90%のレベルの光を光カップラ14を介して取り出す。尚、多モードの発振での光信号は光波長多重通信で伝送する際には問題となるが、分光分析や光ファイバセンシング、光部品評価などでは発振線幅(厳密には、多モード発振時スペクトルの包絡線の半値幅)が被測定対象の分解能より十分狭ければ、問題となるものではない。光ファイバ11の長さは光フィルタの半値全幅内に複数本、好ましくは少なくとも10本以上、更に好ましくは100本以上のモードが立つような長さを選択しておくものとする。
Next, the operation of this embodiment will be described. In this embodiment, the above-described
そして駆動部28によってポリゴンミラー24を回転させる。こうすればポリゴンミラー24からの反射光は図1に破線で示すようにシリンドリカルレンズ25の中心にまで走査され、更に矢印に示す位置にまで走査される。これによってバンドパスフィルタ26の透過波長が図2(c)のB1〜B2〜B3のように変化する。そしてポリゴンミラー24を回転させることによって、選択波長を例えば100nmの範囲内で数KHzの走査速度で変化させることができる。例えばポリゴンミラー24の回転速度を3万rpmとし、ポリゴンミラー24の反射面数を12とすると、15.4KHzの走査速度でファイバレーザ光源の発振波長を変化させることができる。図4は発振波長の時間的な変化を示すグラフであり、のこぎり波状に発振波長が変化する。
Then, the
この実施の形態による発振の場合には、図2(d)に示すように多モードの状態の発振となる。しかし図2(b)に示すように縦モード間隔が極めて狭く、モードホップが早く高速であるために、外部共振器型半導体レーザのようなモードホップに伴う悪影響がなく、発振波長を変化させることができる。又ポリゴンミラーを用いることにより、比較的低価格でファイバレーザ光源を実用化することができるという効果が得られる。 In the case of the oscillation according to this embodiment, the oscillation is in a multimode state as shown in FIG. However, as shown in FIG. 2B, since the longitudinal mode interval is extremely narrow and the mode hop is fast and fast, there is no adverse effect associated with the mode hop as in the case of an external cavity semiconductor laser, and the oscillation wavelength can be changed. Can do. Further, by using the polygon mirror, an effect that the fiber laser light source can be put into practical use at a relatively low cost can be obtained.
ここで図1に示すようにポリゴンミラー24の回動によってシリンドリカルレンズ25とミラー27の間の光軸が左右にシフトする。しかしミラー27で反射された光がバンドパスフィルタ26を介して同一の光路を通ってポリゴンミラー24で反射され、コリメートレンズ22に入射される。従ってこの実施の形態では、バンドパスフィルタ26を2回透過するので、波長の選択度が改善される。更に光ファイバ21から出射された光と光ファイバ21に入射される光とが同一の光軸となっている。そのためポリゴンミラー24の角度が変化したとしても、結合損失の変化がなく、全ての波長域に渡ってロスを平坦とすることができる。このためゲイン媒体のゲイン帯域をより有効に活用し、出力波長範囲を広くとることができる。このためバンドパスフィルタの角度の変化に伴う出力レベルの変動はない。
Here, as shown in FIG. 1, the optical axis between the
一方、図5は本実施の形態の比較例として示した波長走査型ファイバレーザ光源である。この比較例ではサーキュレータに代えて光ファイバループにコリメートレンズ31,32を介して直接バンドパスフィルタ33を挿入したものである。その他の構成は本実施の形態と同様である。図6はこの場合のコリメートレンズ31,32とバンドパスフィルタ33の光軸の変化を示す図である。ガルバノメータ34によりバンドパスフィルタ33を回転させて選択波長を変化させると、図6に示すようにフィルタの角度によって光軸が左右に振れるため、光ファイバに入射する光のレベルが変化する。従って波長の変化域に渡って共振器内のロスが変動し、波長に応じて出力レベルが変化するという問題が生じる。これに対し、本実施の形態ではこのような問題点をなくすることができる。
On the other hand, FIG. 5 shows a wavelength scanning fiber laser light source shown as a comparative example of the present embodiment. In this comparative example, a band pass filter 33 is inserted directly into the optical fiber loop via the
尚この実施の形態ではレンズとして、シリンドリカルレンズ25を用いているが、回転角度を角度に比例して垂直に変換するテレセントリック機能を有するfθレンズを用いて構成することができる。このfθレンズを用い、且つ光バンドパスフィルタとして光の走査軸に応じて曲線的に波長が変化するバンドパスフィルタを用いると、図4に示すように、時間に対する波長の変化を直線的で且つのこぎり波状にすることができる。
In this embodiment, the
図7は本発明の第2の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す図である。この実施の形態では光ファイバループの一部にゲイン媒体として半導体光増幅器(SOA)41を用いたものである。ファイバループには通常の光ファイバ11のみでループを形成する。又偏波コントローラとして15a,15bを挿入する。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。半導体光増幅器41は両端に出力面があり、電流を注入することによって光を増幅するものであるが、特定の共振波長はなく、本実施の形態のように両端に光ファイバを接続してループを形成すると図2(b)に示す外部共振モードが得られる。又実施の形態1と同様に、光サーキュレータ13を介してポリゴンミラー24、レンズ25、バンドパスフィルタ26等を接続しておく。こうすればバンドパスフィルタ26の波長で前述した実施の形態と同様に発振が得られる。そしてポリゴンミラー24を回転することによって、高速で発振波長を変化させることができる。
FIG. 7 is a diagram showing a wavelength scanning fiber laser light source according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a semiconductor optical amplifier (SOA) 41 is used as a gain medium in a part of the optical fiber loop. In the fiber loop, a loop is formed only by the ordinary
図8は本発明の第3の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す図である。この実施の形態では光ファイバループに偏波面保存型光ファイバ42を用いてファイバレーザ光源のループを形成したものである。この実施の形態でも第2の実施の形態と同様にゲイン媒体として半導体光増幅器41を用いる。又光サーキュレータ13、光カップラ14を用いることも前述の実施の形態と同様である。この実施の形態では、偏波面保存型光ファイバ42を用いるため、ループを回って発振する光の偏波面は所定方向に一定となる。その他の構成は前述した実施の形態と同様であり、比較的簡単な構成で同様の効果が得られる。
FIG. 8 shows a wavelength scanning fiber laser light source according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, a fiber laser light source loop is formed by using a polarization-maintaining optical fiber 42 in the optical fiber loop. In this embodiment as well, the semiconductor
図9は本発明の第4の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す図である。この実施の形態では第1の実施の形態のポリゴンミラーに代えて、図9に示すように平板ミラー43を用いる。ガルバノメータ44はこのミラー43を回動させる駆動部である。この場合も同様にしてミラー43で反射した光をシリンドリカルレンズ25によって走査方向にかかわらず平行光とし、バンドパスフィルタ26を介して第2のミラー27で反射させる。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。この場合にはガルバノメータ44による平板ミラー43の駆動角度によって波長が変化する。従って図4に示すようなのこぎり波形でなく、三角波状の波長変化が得られることとなる。
FIG. 9 is a diagram showing a wavelength scanning fiber laser light source according to the fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of the polygon mirror of the first embodiment, a flat mirror 43 is used as shown in FIG. The galvanometer 44 is a drive unit that rotates the mirror 43. In this case as well, the light reflected by the mirror 43 is converted into parallel light regardless of the scanning direction by the
図10は本発明の第5の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す図である。この実施の形態では、第1の実施の形態のfθレンズに代えて図10に示すように凹面型のミラー51を第1の光学素子として用いている。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。この場合も第1の実施の形態と同様に、ミラー51で反射した光を走査方向にかかわらず平行光とし、バンドパスフィルタ26を介して第2のミラー27で反射させる。この場合もポリゴンミラー24を回転させることによって光の反射角度を変化させ、ミラー51により同一方向に走査される光に変換される。こうすればバンドパスフィルタ26によって選択された波長で発振させることができる。
FIG. 10 shows a wavelength scanning fiber laser light source according to the fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a concave mirror 51 is used as the first optical element as shown in FIG. 10 in place of the fθ lens of the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Also in this case, as in the first embodiment, the light reflected by the mirror 51 is converted into parallel light regardless of the scanning direction, and reflected by the
図11は本発明の第6の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源の波長可変光フィルタ部分の斜視図である。前述した第1の実施の形態と同一部分は説明に記載を省略しており、図示のように波長可変フィルタ部分が異なっている。この実施の形態では光サーキュレータを用いることなくフィルタループの両端にコリメートレンズ61,62を接続する。コリメートレンズ61,62は平行にポリゴンミラー24に向けて配置する。コリメートレンズ61は光ファイバ11から入射される光を平行な光としてポリゴンミラー24に照射する。ポリゴンミラー24は駆動部28によって駆動されている。このときポリゴンミラー24の反射光はシリンドリカルレンズ25によって屈折し、バンドパスフィルタ26、三角柱状のプリズム63に入射する。プリズム63は光フィルタを透過する光を同一方向に反射する第2の光学素子であり、バンドパスフィルタ26と平行に配置されている。プリズム63で反射された光は矢印で示す走査方向から垂直にシフトして入射光と平行に再びバンドパスフィルタ26、シリンドリカルレンズ25を介してポリゴンミラー24に加わる。そして反射光は図示しないアイソレータを介してコリメートレンズ62に入り、更にコリメートレンズ62を介して光ファイバループに戻る。
FIG. 11 is a perspective view of a wavelength tunable optical filter portion of a wavelength scanning fiber laser light source according to a sixth embodiment of the present invention. The description of the same parts as those of the first embodiment described above is omitted in the description, and the wavelength variable filter part is different as shown. In this embodiment, collimating lenses 61 and 62 are connected to both ends of the filter loop without using an optical circulator. The collimating lenses 61 and 62 are arranged in parallel toward the
こうしてバンドパスフィルタ26で選択される波長でレーザ光を発光させることができる。ポリゴンミラー24を回転させることによって、図示のようにポリゴンミラー24からの偏向した反射光がシリンドリカルレンズによって平行な走査光となり、発振波長を変化させることができる。こうすれば前述したように光サーキュレータを用いることなく入出射光を分離することができ、低価格で高速の波長走査を行うことができる。
In this way, laser light can be emitted at a wavelength selected by the
次に本発明の第7の実施の形態について図12、図13を用いて説明する。この実施の形態では光ファイバはループ状でなく、ゲイン媒体と光ファイバ及び波長可変フィルタ部を用いて光共振器を構成する。ゲイン媒体71としては図13に示すように半導体光増幅器(SOA)、ファブリペロー半導体レーザ(FPLD)、又はスーパールミネッセントレーザダイオード(SLD)等を用いる。そしてゲイン媒体71の一方の面71aを高反射膜、例えば80〜100%程度の反射率を有する反射膜とし、他方の面71bは低反射膜とし、面71bを透過する光をコリメートレンズ72を介して光ファイバ73に接続する。光ファイバ73は偏波コントローラ74が接続されており、その他端には前述した各実施の形態のいずれかの波長可変フィルタ部76が設けられる。波長可変フィルタ部76は第1の実施の形態のように、ポリゴンミラー24やシリンドリカルレンズ25、バンドパスフィルタ26、ミラー27によって構成されたものとしてもよい。又第4の実施の形態のように、ポリゴンミラー24に代えてガルバノミラー43を用いてもよく、又第5の実施の形態のようにシリンドリカルレンズに代えて凹面型のミラー51を用いたものであってもよい。光ファイバ73には光カップラ75が取付けられており、レーザ光の一部を外部に出射するようになっている。尚、ここで光ファイバ73は光路長を十分大きくするために用いられる。この光ファイバ73の長さはバンドパスフィルタ26の半値全幅中に複数本の縦モードが含まれるような長さを選択することが必要である。この縦モードの本数は好ましくは10本以上とし、更に好ましくは100本以上とし、多いほど好ましい。但し縦モードを多くするためには光ファイバを長くする必要があり、実用的には数十mの長さの光ファイバが用いられる。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the optical fiber is not in a loop shape, and an optical resonator is configured by using a gain medium, an optical fiber, and a wavelength tunable filter unit. As the
尚ゲイン媒体71の面71aについても低反射膜とし、その外側に全反射ミラーを設けてもよい。この場合には、全反射ミラーと波長可変フィルタ部76によって光路が構成されることになる。
The surface 71a of the
次に第8の実施の形態について図14、図15を用いて説明する。この実施の形態では図15に示すようにゲイン媒体81の一方の面81aの反射率を低くし、その一端からゲイン媒体81の光を取り出すようにしたものである。ゲイン媒体の面81aにはコリメートレンズ82及び出力用の光ファイバ83が設けられる。このため光を取り出すための光カップラは不要となる。その他の構成は第7の実施の形態と同様である。
Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, as shown in FIG. 15, the reflectance of one
尚前述した各実施の形態では、光ビーム偏向部としてポリゴンミラーやガルバノミラーを用いているが、反射角度を高速で変化させるものであればよく、これらの構成に限定されるものではない。また本実施の形態で用いたレンズは1つのレンズではなく、複数のレンズから成るレンズ系(システムレンズ)によって構成されるものであってもよい。 In each of the above-described embodiments, a polygon mirror or a galvanometer mirror is used as the light beam deflecting unit. However, it is only necessary to change the reflection angle at high speed, and the present invention is not limited to these configurations. Further, the lens used in the present embodiment may be configured by a lens system (system lens) including a plurality of lenses, instead of a single lens.
本発明は光フィルタの波長選択特性を向上させつつ、高速で波長可変することができる。又グレーティングを用いないため、比較的安価で実現することができる。従って医療用の分析機器、例えば表皮下層の高分解能医用画像診断装置に適用することが可能となる。又ファイバグレーティングセンサを用いて歪みの計測をする場合に、本発明の波長走査型ファイバレーザ光源を光源として用いることができる。 The present invention can change the wavelength at high speed while improving the wavelength selection characteristic of the optical filter. Further, since no grating is used, it can be realized at a relatively low cost. Therefore, the present invention can be applied to medical analysis equipment, for example, a high resolution medical image diagnostic apparatus for the epidermis layer. When measuring strain using a fiber grating sensor, the wavelength scanning fiber laser light source of the present invention can be used as a light source.
10 波長走査型ファイバレーザ光源
11,73 光ファイバ
12,71,81 ゲイン媒体
13 光サーキュレータ
14 カップラ
15,74 偏波コントローラ
16 エルビウムドープドファイバ
17 半導体レーザ
18 WDMカップラ
21 光ファイバ
22,61,62 コリメートレンズ
23 偏光子
24 ポリゴンミラー
25 シリンドリカルレンズ
26 バンドパスフィルタ
27,51 ミラー
28 駆動部
41 半導体光増幅器
42 偏波面保存型光ファイバ
43 ミラー
44 ガルバノメータ
63 プリズム
76 波長可変フィルタ部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記光ファイバに接続され、発振する波長に利得を有するゲイン媒体と、
前記光ファイバに接続され、波長を連続的に可変する波長可変光フィルタと、を具備し、
前記波長可変フィルタは、
前記光ファイバより得られる光ビームの反射角度を一定範囲で周期的に変化させる光ビーム偏向部と、
前記光ビーム偏向部からの光を平行走査光に変換する第1の光学素子と、
前記第1の光学素子から出射される光の走査方向に沿って、選択波長が連続的に変化するように配置される光フィルタと、
前記光フィルタを透過する光を同一方向に反射する第2の光学素子と、を具備することを特徴とする波長走査型ファイバレーザ光源。 An optical fiber serving as a laser oscillation optical path;
A gain medium connected to the optical fiber and having a gain at the oscillating wavelength;
A tunable optical filter connected to the optical fiber and continuously tunable in wavelength,
The tunable filter is
A light beam deflecting unit that periodically changes a reflection angle of a light beam obtained from the optical fiber within a certain range;
A first optical element that converts light from the light beam deflection unit into parallel scanning light;
An optical filter disposed so that the selection wavelength continuously changes along the scanning direction of the light emitted from the first optical element;
A wavelength-scanning fiber laser light source, comprising: a second optical element that reflects light transmitted through the optical filter in the same direction.
前記光ファイバに接続され、前記光ファイバを通過する光の一部を取り出す光学カップラを更に有することを特徴とする請求項1記載の波長走査型ファイバレーザ光源。 The optical fiber is formed in a loop shape,
2. The wavelength scanning fiber laser light source according to claim 1, further comprising an optical coupler connected to the optical fiber and extracting a part of light passing through the optical fiber.
前記光ファイバより出射される光軸上に配置され、回転によって光の反射角を変化させる複数の反射面を有するポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーを回転させて光の反射角度を制御する駆動部と、を有することを特徴とする請求項1記載の波長走査型ファイバレーザ光源。 The light beam deflecting portion of the wavelength tunable filter is
A polygon mirror disposed on the optical axis emitted from the optical fiber and having a plurality of reflecting surfaces that change the reflection angle of light by rotation;
The wavelength scanning fiber laser light source according to claim 1, further comprising: a driving unit that controls a reflection angle of light by rotating the polygon mirror.
前記光ファイバより出射される光軸上に配置され、回転によって光の反射角を変化させる平板ミラーと、
前記平板ミラーを一定の角度範囲で回動させるガルバノメータと、を有することを特徴とする請求項1記載の波長走査型ファイバレーザ光源。 The light beam deflecting portion of the wavelength tunable filter is
A flat mirror that is disposed on the optical axis emitted from the optical fiber and changes a reflection angle of light by rotation;
The wavelength scanning fiber laser light source according to claim 1, further comprising: a galvanometer that rotates the flat mirror within a certain angle range.
前記光偏向部からの偏向光を一定の方向とするレンズ系であることを特徴とする請求項1記載の波長走査型ファイバレーザ光源。 The first optical element of the wavelength tunable filter is:
2. The wavelength scanning fiber laser light source according to claim 1, wherein the wavelength scanning fiber laser light source is a lens system in which deflected light from the light deflecting unit is in a fixed direction.
前記光偏向部からの偏向された光を同一方向に反射する凹面ミラーであることを特徴とする請求項1記載の波長走査型ファイバレーザ光源。 The first optical element of the wavelength tunable filter is:
2. The wavelength scanning fiber laser light source according to claim 1, wherein the wavelength scanning fiber laser light source is a concave mirror that reflects the deflected light from the light deflecting unit in the same direction.
前記光フィルタを透過した光の光軸に対し垂直に配置された反射面を有する第2のミラーであることを特徴とする請求項1記載の波長走査型ファイバレーザ光源。 The second optical element of the tunable filter is
2. The wavelength scanning fiber laser light source according to claim 1, wherein the second scanning mirror is a second mirror having a reflecting surface arranged perpendicular to the optical axis of the light transmitted through the optical filter.
前記光フィルタを透過した光の光軸に対し平行に光を反射するプリズムであることを特徴とする請求項1記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
The second optical element of the tunable filter is
2. The wavelength scanning fiber laser light source according to claim 1, wherein the wavelength scanning fiber laser light source is a prism that reflects light parallel to an optical axis of light transmitted through the optical filter.
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