JP2009252813A - 光源および光断層画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源において、装置の大型化とコストを抑制し、高い光利用効率と高速の波長掃引を可能にする。
【解決手段】線形共振器型の光源１は、光増幅媒体３と、特定波長の光を透過させ、特定波長以外の光を反射するファブリーペロー共振器を含む波長選択手段６と、波長選択手段６を透過した光については線形共振器内を往復可能とし、波長選択手段６で反射された光については光増幅媒体３への入射を遮断する光分離光学系９とを備える。光分離光学系９は、光増幅媒体３と波長選択手段６の間に配置され、所定方向の直線偏光のみを線形共振器内に進行させる偏光選択手段４と、波長選択手段６の両側に配置され、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差を付与する第１および第２の１／４波長位相子５、７とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、特定波長の光を出射可能な光源、および該光源を用いて測定対象の光断層画像を取得する光断層画像化装置に関する。

従来、出力光の波長掃引が可変な波長可変光源としては、ファブリーペローチューナブルフィルター（Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ − Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ、以下ＦＰ−ＴＦと称する）を用いた波長掃引レーザ光源が知られている。ＦＰ−ＴＦは、干渉により選択された波長の光のみを透過させ、それ以外の波長の光を反射する機能を有し、さらにその選択波長を変更可能に構成したものである。ＦＰ−ＴＦを用いたこの種の光源は、共振器の光路の構成から、光ファイバ等によるループ状の周回光路を形成するリング型（例えば、特許文献１参照）と、往復光路を形成するリニア型（例えば、非特許文献１参照）に大別することができる。

図１５に、ＦＰ−ＴＦを用いたリング型のレーザ光源７０の構成を示す。レーザ光源７０は、光ファイバＦ２０によりリング状の光路の共振器を構成し、該共振器中に光増幅媒体としてのＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）７１と、波長選択および波長掃引素子としてのＦＰ−ＴＦ７２を配置したものである。ＦＰ−ＴＦ７２は制御装置７３を用いて干渉に用いる反射面間の距離を変更することにより、選択波長を変更する。発振されたレーザ光はリング状の光路の一部に設けられた光カプラ７４により出力される。

リング型レーザ光源では、リング状の光路を右回りと左回りの両方向に発振するモードが可能である。左右両方向のモードが同時に発振する場合は、両方向の発振モード間にモード競合が起こり、一方向の発振モードのみを見ると発振光の出力が不安定になる。これを避けるには左右どちらか一方向のみを発振させることが望ましいため、図１５に示すように、リング型共振器の光路内に、一方向に進行する光を通過させるとともに逆方向の光を遮断する光アイソレータ７５ａ、７５ｂを配置することが望ましい。

図１５に示すリング型のレーザ光源７０において、ＳＯＡ７１の光利得帯域内で生成されて紙面右回りに進行するＡＳＥ（光増幅自然放出）光は、光アイソレータ７５ｂを透過し、ＦＰ−ＴＦ７２に到達する。ＦＰ−ＴＦ７２に到達した光のうち、選択波長の光のみがＦＰ−ＴＦ７２を透過し、その他の光は反射される。ＦＰ−ＴＦ７２を透過した光のみが、さらに光アイソレータ７５ａを透過して再びＳＯＡ７１に入射し、ＳＯＡ７１により増幅されて出射される。一方、ＦＰ−ＴＦ７２で反射された光は左回りに進行して、光アイソレータ７５ｂで遮断されるため、再びＳＯＡ７１に入射することはない。また、ＳＯＡ７１で生成されて左回りに進行するＡＳＥ光もまた、光アイソレータ７５ａにより遮断されるため、再びＳＯＡ７１に入射することはない。以上より、リング型レーザ光源において、右回りに進行するＦＰ−ＴＦ７２で選択された波長の光がレーザ発振することになる。

一般に、光アイソレータとしては、ファラデー素子と、これに磁界を印加する磁石と、偏光素子とから構成されるものが多用されている。ファラデー素子は、ＹＩＧ（イットリウム−鉄−ガーネット）結晶やＢｉ置換ガーネット結晶等の磁性ガーネット結晶等を材質としたものが知られている。

図１６を参照しながら光アイソレータの構成および作用について説明する。図１６に示す光アイソレータは、光路に沿って順に配置された、偏光子７６、ファラデー素子７７、検光子７８を有する。ここでは、偏光子７６、検光子７８は偏光ビームスプリッターからなり、光路へ透過可能な光の偏光面の方向は互いに４５°異なる。光路の方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な方向をＸ方向、Ｙ方向とする。

図１６（ａ）に示すように、＋Ｚ方向に進む無偏光の光が入射した場合、偏光子７６によりＹ方向に平行な偏光面を有する直線偏光のみがＺ方向の光路へ進行し、Ｘ方向に平行な偏光面を有する直線偏光は光路外へ排除される。偏光子７６を透過した光は、ファラデー素子７７により偏光面が４５°回転した後、検光子７８を透過する。すなわち、＋Ｚ方向に進む光は光アイソレータを透過することができる。

次に、図１６（ｂ）に示すように、逆方向である−Ｚ方向に進む無偏光の光が入射した場合、検光子７８によりＹ方向と４５°傾いた偏光面を有する直線偏光のみが光軸方向へ進行し、これと偏光面が直交する直線偏光は光路外へ排除される。検光子７８を透過した光は、光非相反性を有するファラデー素子７７の性質により図１６（ａ）に示す場合と同方向に４５°偏光面が回転して、Ｘ方向に平行な偏光面を有する直線偏光となり、この光は偏光子７６により光路外へ排除される。すなわち、−Ｚ方向へ進む光は全く光アイソレータを透過することができず、遮断される。

次に、図１７に示す、ＦＰ−ＴＦを用いたリニア型のレーザ光源８０の構成について説明する。このレーザ光源８０は、一直線上に配置された、ＳＯＡ８１と、レンズ８２とＦＰ−ＴＦ８３と、ミラー８４とを有する。ＦＰ−ＴＦ８３は、内側に反射面が形成された２枚の平行平板状の透明電極８５ａ、８５ｂと、その間に挟まれた液晶８６からなり、電源８７が液晶８６に印加する電圧を変化させることにより、液晶の屈折率を変化させ、これによりＦＰ−ＴＦ８３を透過する波長を変化させる。

図１７に示すレーザ光源８０において、ＳＯＡ８１から出射した光はレンズ８２により集光された後、ＦＰ−ＴＦ８３に入射し、そのうち選択波長の光のみがＦＰ−ＴＦ８３を透過し、選択波長以外の光は反射される。透過した光は、共振器端を構成するミラー８４で反射されて、同一光路を戻り、ＦＰ−ＴＦ８３およびレンズ８２を透過して再びＳＯＡ８１に入射して、ＳＯＡ８１により増幅される。レーザ光源８０のＦＰ−ＴＦ８３は、入射光の光軸に対して傾けて配置されているため、ＦＰ−ＴＦ８３で反射された光はＳＯＡ８１に帰還することはなく、ＳＯＡ８１に再入射することはない。以上より、リニア型のレーザ光源８０において、選択波長の光が共振器内を往復してレーザ発振することになる。

一方、上記のような波長可変レーザ光源の重要な用途として、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測を利用した光断層画像化装置が知られている。光断層画像化装置は、光源から射出されたコヒーレンス光を測定光と参照光とに分割した後、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである。ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置では、光源から射出される光の波長を時間的に変化させながら、波長の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する。
特許第２６４８４１７号公報 "Tunable Light Source Using a Liquid-Crystal Fabry-Perot Interferometer", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.3, No.6, JUNE 1991

上述したように、リング型レーザ光源では、その光路の構成故に光アイソレータが必要となる。従来の光アイソレータとしては、磁性ガーネット結晶等を材料としたファラデー素子を用いたものが一般的であり、この素子は光通信で通常用いられる波長１．３〜１．５５μｍの光に対しては良好な特性を有する。しかし、例えば光断層画像化装置で生体を測定対象とする場合は、これよりさらに短波長の光が好適であるとされている。１．３〜１．５５μｍよりも短波長の光を用いようとすると、良好な特性を有する磁性結晶が実用化されていない、光アイソレータに高コストの材質を使わざるを得ない、ファラデー素子のベルデ定数が小さくなるため印加磁界を大きくせざるをえず装置が大型化する、光散乱率が増加し光利用効率が低下する、等の問題が生じる。

また、リング型の共振器は、どうしても共振器長が長くなるため、共振器が大型化する上に、ＳＯＡにて生成されたＡＳＥ光がレーザ発振に至るまでの光飽和時間が長くなるという不具合がある。通常、波長掃引レーザの波長掃引速度は光飽和時間で決まるため、共振器長の長い光源は、高速の波長掃引が困難である。

なお、リング型の共振器では、特定波長以外の光は光アイソレータにより遮断しているが、上記のようなファラデー素子からなる光アイソレータは、一方向の光は透過させるが逆方向の光は遮断するため、光が同一光路を往復するリニア型の共振器に用いることはできない。すなわち、リニア型の共振器ではファラデー素子からなる光アイソレータを用いて特定波長の光と特定波長以外の光を分離することはできない。

また、図１７に示すようなリニア型の共振器については、ＦＰ−ＴＦに液晶を用いているため、応答速度が低く、これもまた高速の波長掃引が困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、装置の大型化を抑制し、低コストに製作可能であり、高い光利用効率と高速の波長掃引を実現可能な光源、および該光源を備えた光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明の光源は、線形共振器型の光源であって、光増幅媒体と、特定波長の光を透過させるとともに前記特定波長以外の光を反射するファブリーペロー共振器からなる波長選択手段と、前記波長選択手段を透過した光については前記線形共振器内を往復可能とし、前記波長選択手段で反射された光については前記光増幅媒体への入射を遮断する光分離光学系とを備え、前記光分離光学系が、前記光増幅媒体と前記波長選択手段の間に配置され、所定方向の直線偏光のみを前記線形共振器内に進行させる偏光選択手段と、前記偏光選択手段から前記波長選択手段までの間に配置され、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差を付与する第１の１／４波長位相子と、前記波長選択手段に関し前記第１の１／４波長位相子の反対側に配置され、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差を付与する第２の１／４波長位相子と、を含むことを特徴とするものである。

なお、本明細書においては、「線形共振器」は「リニア型の共振器」と同義のものである。

また、「直交する２方向の偏光成分」とは、例えば、複屈折性を有する物質の遅軸方向の光成分と速軸方向の光成分、あるいは、Ｐ偏光とＳ偏光等のことである。

ここで、「偏光選択手段から前記波長選択手段までの間に配置され、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差を付与する第１の１／４波長位相子」とは、第１の１／４波長位相子の一部が波長選択手段を構成している場合も含むものとする。

上記本発明の光源においては、前記第１および第２の１／４波長位相子の少なくともいずれか一方が、偏波保存ファイバからなり、該偏波保存ファイバの長さがビート長の１／４の長さとビート長の整数倍の長さとの和、または差であるように構成してもよい。

また、上記本発明の光源においては、前記第１の１／４波長位相子から前記第２の１／４波長位相子までの間に、少なくとも１つの導波用の偏波保存ファイバが配置され、該偏波保存ファイバの長さがビート長の整数倍であり、かつ、該偏波保存ファイバの一端面が前記ファブリーペロー共振器の反射面として機能するものであるように構成してもよい。

さらに、本発明の光断層画像化装置は、上記本発明の光源と、該光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、該干渉光検出手段により検出された前記干渉光に基づき前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の光源は、リング型ではなく、線形共振器型の構成を採用しているため、ファラデー素子等からなる光アイソレータが不要となり、従来のリング型の光源で問題とされた、装置の大型化や高コスト化、光利用効率の低下等の問題を回避することができる。本発明の光源は、直線偏光のみを進行させる偏光選択手段や１／４波長位相子からなる光分離光学系を採用しているため、簡素で低コストに構成可能であり、また、従来の液晶を用いたリニア型の共振器とは異なり、液晶を用いない構成が可能であるため、高速の波長掃引が可能である。

本発明の光源において、第１および第２の１／４波長位相子の少なくともいずれか一方が、偏波保存ファイバからなり、該偏波保存ファイバの長さがビート長の１／４の長さとビート長の整数倍の長さとの和、または差であるようにした場合は、第１および第２の１／４波長位相子をバルク素子ではなく、ファイバにより構成できるため、安定性に優れ、組立調整が容易であり、低コストに構成可能である。

本発明の光源において、第１の１／４波長位相子から前記第２の１／４波長位相子までの間に、少なくとも１つの導波用の偏波保存ファイバが用いられ、該偏波保存ファイバの長さがビート長の整数倍であり、かつ、該偏波保存ファイバの一端面が前記ファブリーペロー共振器の反射面として機能するものであるようにした場合は、偏光状態の保存性が向上するので波長選択性を向上できるとともに、偏波保存ファイバが導波と波長選択手段の両方の機能を兼備できるため、部品数削減により低コスト化を図ることができる。

本発明の光断層画像化装置は、本発明の光源を備え、該光源から射出された光を用いて断層画像を取得するものであるため、装置の大型化を抑制して低コストに製作可能であり、高い光利用効率で高速の波長掃引による計測が可能になる。

以下、図面を参照して本発明の光源および該光源を備えた光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による光断層画像化装置１００の構成を示す図である。光断層画像化装置１００は、マッハツェンダー型干渉計を用いて、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像を前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものである。

光断層画像化装置１００は、発振波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光である光Ｌを射出する光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段１０１と、光分割手段１０１により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１２０と、光分割手段１０１により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ１３０と、プローブ１３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき測定対象Ｓで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段１０４と、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを検出する干渉光検出手段１４０と、干渉光検出手段１４０により検出された干渉光に基づき測定対象Ｓの断層画像を取得する画像取得手段１５０とを有している。

光源ユニット１１０は、発振波長を一定の周期で掃引させながら光Ｌを射出する線形共振器型の波長可変レーザ装置であり、本発明の実施形態にかかる光源からなるものである。光源ユニット１１０の詳細構成については後で詳述する。光源ユニット１１０からの光Ｌは光ファイバＦ１により出力され、光ファイバＦ１に接続された光分割手段１０１に入射する。

光分割手段１０１は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット１１０から光ファイバＦ１を介して導波した光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段１０１は、２本の光ファイバＦ２、Ｆ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦ２により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦ３により導波される。

光ファイバＦ２にはサーキュレータ１０２が接続されており、サーキュレータ１０２には光ファイバＦ４、Ｆ５が接続されている。光ファイバＦ４には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ１３０が接続されている。

光プローブ１３０は、例えば内視鏡の鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、不図示のコネクタにより光ファイバＦ４に対し着脱可能に取り付けられている。プローブ１３０から射出した測定光Ｌ１は測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓで反射された反射光Ｌ３は、光ファイバＦ４により導波されて、サーキュレータ１０２に入射し、サーキュレータ１０２から光ファイバＦ５側に射出され、光ファイバＦ５に接続されている合波手段１０４に入射する。

一方、光ファイバＦ３にはサーキュレータ１０３が接続されており、サーキュレータ１０３には光ファイバＦ６、Ｆ７が接続されている。光ファイバＦ６には、断層画像の取得領域を調整するために参照光Ｌ２の光路長を変更する光路長調整手段１２０が接続されている。

光路長調整手段１２０は、光ファイバＦ６から射出された参照光Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ１２０ａと、直交する２つの反射面を有し、この２つの反射面でコリメートレンズ１２０ａにより平行光化された参照光Ｌ２を反射する反射ミラー１２０ｂと、反射ミラー１２０ｂの２つの反射面で反射された参照光Ｌ２を再び反射ミラー１２０ｂへ帰還させて入射光と逆方向に同一光路を進行させる光ターミネータ１２０ｃを有している。反射ミラー１２０ｂは、不図示の可動ステージ上に固定されており、この可動ステージを移動させることにより反射ミラー１２０ｂがコリメートレンズ１２０ａの光軸方向（図１の矢印Ａの方向）へ移動し、これにより、参照光Ｌ２の光路長が変更する。なお、光路長調整手段１２０は、上記構成のものに限定されず、参照光Ｌ２の光路長を変更可能であればその他の構成を採用してもよい。

光路長調整手段１２０により光路長が変更された参照光Ｌ２は、光ファイバＦ６により導波されて、サーキュレータ１０３に入射し、サーキュレータ１０３から光ファイバＦ７側に射出され、光ファイバＦ７に接続されている合波手段１０４に入射する。

合波手段１０４は、例えば２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＦ５により導波された反射光Ｌ３と、光ファイバＦ７により導波された参照光Ｌ２とを合波するものである。合波手段１０４での合波により干渉光が生じ、この干渉光は合波手段１０４により二分されて２つの干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとなり、それぞれ光ファイバＦ８、Ｆ９へ射出される。光ファイバＦ８、Ｆ９によりそれぞれ導波された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは、干渉光検出手段１４０に入射する。

干渉光検出手段１４０は、干渉光Ｌ４ａを検出する光検出部１４０ａと、干渉光Ｌ４ｂを検出する光検出部１４０ｂと、光検出部１４０ａにより検出された干渉光Ｌ４ａと光検出部１４０ｂにより検出された干渉光Ｌ４ｂとの差分を増幅しバランス検波を行って干渉信号を得る演算手段１４０ｃとを有している。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることが出来る。

干渉光検出手段１４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる画像取得手段１５０に接続され、画像取得手段１５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置１６０に接続されている。画像取得手段１５０は干渉光検出手段１４０から出力された干渉信号をフーリエ変換することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度等の反射情報を取得し、この情報を用いて測定対象Ｓの断層画像を生成する。表示装置１６０は、画像取得手段１５０により取得された断層画像を表示する。

ここで、干渉光検出手段１４０および画像取得手段１５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。

測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段１４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ ・・・（１）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（１）は波数ｋを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段１５０において、干渉光検出手段１４０が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換にかけて周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。

次に、上記構成を有する光断層画像化装置１００の動作例について説明する。まず、光路長調整手段１２０において、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１１０から光Ｌが射出され、光Ｌは光分割手段１０１により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ１３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が参照光Ｌ２と合波手段１０４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが干渉光検出手段１４０により検出されて干渉信号として出される。この干渉信号が画像取得手段１５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。

なお、プローブ１３０を回転させること等により、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を１次元方向に走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。また、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。

なお、上記例ではマッハツェンダー型干渉計を用いた光断層画像化装置の構成例について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、マイケルソン型干渉計やフィゾー型干渉計等、別の種類の干渉計を用いた光断層画像化装置も可能である。

以下、光源ユニット１１０を構成する本発明の光源の実施形態について詳細に説明する。まず、図２を参照しながら、この光源の原理について説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる光源１の概念的な構成図である。

光源１は、光路内を光が往復することによりレーザ発振が行われるリニア共振器型（線形共振器型）の構成を有する。なお、図２に示す例では一直線状の光路が図示されているが、光路の形状は一直線状に限定されず、ミラー等を用いて光路を折り曲げた形状としてもよい。

光源１は、２つの共振器端２、８の間に、光路に沿って順に配置された、光増幅媒体３と、所定方向の直線偏光のみ共振器内に進行させる偏光選択手段４と、光相反性を有し、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差（π／２の位相差）を付与する第１の１／４波長位相子５と、特定波長の光を透過させるとともに特定波長以外の光を反射するファブリーペロー共振器からなる波長選択手段６と、光相反性を有し、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差を付与する第２の１／４波長位相子７と、を備えている。

そのうち、偏光選択手段４と、第１の１／４波長位相子５と、第２の１／４波長位相子７とは、波長選択手段６を透過した光については共振器内を往復可能とし、波長選択手段６で反射された光については光増幅媒体３への入射を遮断する光分離光学系９として機能するものである。

共振器端２、８は、光増幅媒体３から出射される光について全反射または高反射機能を有する。共振器端２、８のうちいずれか一方は、発振された光の一部を共振器の外部へ出力することが可能である。共振器端２、８は、ミラーや、高反射コート（ＨＲコート）が施された光学部材の面により構成することができる。

光増幅媒体３としては、例えばレーザ媒質や、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ＳＬＤ等を用いることができる。

偏光選択手段４としては、例えば、直線偏光のみを透過させる偏光子や偏光ビームスプリッタを用いることができる。偏光ビームスプリッタを用いる場合は、所定の偏光方向の直線偏光のみを共振器内に通過させ、それと直交する方向の直線偏光は共振器外に排除するように配置する。

第１の１／４波長位相子５および第２の１／４波長位相子７は、複屈折性を有するものであり、屈折率の違いに起因する遅軸と速軸という２つの固有の偏光軸を有すると考えることができる。本発明の光源１では、第１の１／４波長位相子５の偏光軸が、偏光選択手段４を透過した直線偏光の偏光面の方向に対し４５度の角度を持つように配置される。なお、以下の説明では理解を容易にするために、第１の１／４波長位相子５の偏光軸と第２の１／４波長位相子の偏光軸が互いに９０度をなす場合を例にとり説明するが、本発明の光源においては、これら２つの１／４波長位相子の偏光軸の相対的な方向はこれに限定されず、任意に設定可能である。

また、第１の１／４波長位相子５と第２の１／４波長位相子７には、光相反性を有する素子を用いる。光相反性とは、光の進行方向を逆にしても全く同じ振る舞いをするものである。例えば、水晶や雲母を材質とする波長板は光相反性を有し、ファラデー素子は光相反性を有さない。

具体的には、第１の１／４波長位相子５と第２の１／４波長位相子７としては、例えば、１／４波長板を使用することができ、また、その他にも、ソレイユ−バビネ補償板などの位相差が可変な補償板や、後述する偏波保存ファイバを利用した素子を用いることができる。

波長選択手段６は、微小間隔を持って対向配置された２つの反射面６ａ、６ｂを干渉面としたファブリーペロー共振器型の構成を有するファブリーペローチューナブルフィルター（以下ＦＰ−ＴＦと称する）である。反射面６ａ、６ｂの間隔を不図示の制御手段により変更することにより透過させる波長を選択して変更することができる。なお、波長選択手段６が透過させる特定波長とは、この選択波長のことである。

図２の下方に、選択波長以外の光および選択波長の光それぞれについて、光の進行の様子を実線で示し、偏光状態の様子を記号を用いて模式的に示している。図２の偏光状態を示す記号のうち、上下方向両矢印の記号は偏光面が紙面内方向の直線偏光（以下、水平直線偏光という）を意味し、円中心に点が付された記号は偏光面が紙面に垂直な方向の直線偏光（以下、垂直直線偏光という）を意味し、円弧状の矢印の記号は円偏光を意味する。円偏光については、矢印の方向により右円偏光(右回り円偏光)、左円偏光（左回り円偏光）を区別するものとする。また、偏光状態の記号は、各光の進行方向から見たものである。

本発明の光源１によれば、選択波長以外の光は、波長選択手段６で反射されるため、偏光選択手段４から波長選択手段６を経て偏光選択手段４までの間に、第１の１／４波長位相子５を２回通過することになり、合計１／２波長分の位相差を付与されることになる。よって、波長選択手段６で反射された選択波長以外の光は、偏光選択手段４を透過した光とは直交する方向の直線偏光となり、偏光選択手段４で遮断されることになる。

一方、特定波長の光は波長選択手段６を透過するため、偏光選択手段４から共振器端８を経て偏光選択手段４までの間に、第１の１／４波長位相子を２回、第２の１／４波長位相子を２回通過することになり、合計１波長分の位相差を付与されることになる。よって、波長選択手段６を透過した特定波長の光は、偏光選択手段４を透過した光とは同方向の直線偏光となり、偏光選択手段４を再び透過することができる。

光源１の一動作例について、図２を参照しながら詳細に説明する。始めに、光増幅媒体３からは、完全な偏光状態となっていない、複数の波長を含む光が出射される。この光が偏光選択手段４に入射すると、偏光選択手段４からは水平直線偏光のみが出射される。この水平直線偏光は、第１の１／４波長位相子５により、右回りの円偏光に変換されて、波長選択手段６に入射する。

波長選択手段６において、選択された波長の光のみが透過して右回りの円偏光のまま第２の１／４波長位相子７の方へ進行し、選択波長以外の光は反射されて第１の１／４波長位相子５方向へ戻る。

反射された光は、左回りの円偏光で第１の１／４波長位相子５に入射する。すなわち、選択波長以外の光は、第１の１／４波長位相子５を往復することになり、合計１／２波長位相差（πの位相差）を付与されることになるため、再び第１の１／４波長位相子５を出射した光は垂直直線偏光となる。

波長選択手段６は水平直線偏光のみ透過可能であるから、この垂直直線偏光は波長選択手段６により遮断されて、光増幅媒体３に再び入射することはない。

一方、波長選択手段６を透過した選択波長の光は、右回り円偏光のまま第２の１／４波長位相子７に入射し、垂直直線偏光となって第２の１／４波長位相子７から出射する。そして、この光は共振器端８で反射され、垂直直線偏光のまま再び第２の１／４波長位相子７に入射し、右回り円偏光となって出射し、右回り円偏光のまま波長選択手段６を透過し、第１の１／４波長位相子５により水平直線偏光に変換される。すなわち、選択波長の光は、１／４波長位相子を４回通るため、１波長の位相差（２πの位相差）を付与されることになり、最初と同じ偏光状態になる。

この選択波長の光は、水平直線偏光であるため、偏光選択手段４を透過し、光増幅媒体３に再入射し、光増幅媒体３において、この選択波長の光が増幅される。増幅された光は光増幅媒体３を出射し、共振器端２で反射されて再び光増幅媒体３に入射し、以後、同様のことが繰り返されて、共振器内で選択波長の光が発振することになる。そして、発振したレーザ光は共振器端２あるいは共振器端８から出力光として外部に出力される。

そして、波長選択手段６で選択する波長を変更することにより、発振光の波長を変更可能であるから、光源１において、波長掃引させてレーザ光を出力することが可能となる。なお、光源１は、共振器内で軸上前後に進行する円偏光を重ね合わせたツイストモード共振器の構成を採っており、２つの１／４波長位相子間のレーザ光の軸上のエネルギー密度は位置によらず均一である。

次に、本発明の実施の形態にかかる光源の具体例について説明する。まず、図３を参照しながら、本発明の第１の実施の形態にかかる波長可変光源について説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態にかかる波長可変光源１０の構成図である。

波長可変光源１０は、光路に沿って順に配置された、光ファイバＦ１０と、ＳＯＡ１２と、導波用の光ファイバＦ１１と、偏光子１５と、１／４波長板１６と、２つの光ファイバＦ１２、Ｆ１３の対向する端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａからなるＦＰ−ＴＦ１８と、１／４波長板２０と、導波および外部出力用の光ファイバＦ１４とを備えてなる。

また、各構成要素と光ファイバの間には光結合用のレンズが配置されており、光ファイバＦ１０とＳＯＡ１２の間にはレンズ１１、ＳＯＡ１２と光ファイバＦ１１の間にはレンズ１３、光ファイバＦ１１と偏光子１５の間にはレンズ１４、１／４波長板１６と光ファイバＦ１２の間にはレンズ１７、光ファイバＦ１３と１／４波長板２０の間にはレンズ１９、１／４波長板２０と光ファイバＦ１４の間にはレンズ２１が配置されている。

光ファイバＦ１０、Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４は光導波路として機能するものであり、第１の実施形態においては全てシングルモードファイバからなる。光ファイバＦ１０のレンズ１１と反対側の端面Ｆ１０ａには高反射コート（ＨＲコート）が施されており、この端面Ｆ１０ａは共振器端として機能する。また、光ファイバＦ１４のレンズ２１と反対側の端面Ｆ１４ａにも高反射コートが施されており、この端面Ｆ１４ａは共振器端として機能する。

本実施形態においては、光ファイバＦ１４へ入射した光の一部を外部へ出力可能なように、光ファイバＦ１４の高反射コートの反射率は光ファイバＦ１０の高反射コートのものより低く設定しているが、この代わりに、光ファイバＦ１０の高反射コートの反射率を光ファイバＦ１４の高反射コートのものより低く設定して、光ファイバＦ１０へ入射した光の一部を外部へ出力するようにしてもよい。

ＳＯＡ１２は、本発明の光増幅媒体に対応するものであり、所定の波長帯域の光を出射可能であり、また、入射された光を増幅して出射する機能を有する。

偏光子１５は、本発明の偏光選択手段に対応するものであり、所定方向の直線偏光のみ透過させる機能を有する。偏光子１５の代わりに偏光ビームスプリッターを用いてもよい。

１／４波長板１６および１／４波長板２０はそれぞれ、本発明の第１の１／４波長位相子および第２の１／４波長位相子に対応するものであり、１／４波長板１６の偏光軸の方向が、偏光子１５を透過する直線偏光の偏光方向と４５度の傾きをなすように配置されている。なお、以下の説明では理解を容易にするために、１／４波長板１６の偏光軸と１／４波長板２０の偏光軸が互いに９０度をなす場合を例にとり説明するが、本発明の光源においては、これら２つの１／４波長板の偏光軸の相対的な方向はこれに限定されず、任意に設定可能である。

ＦＰ−ＴＦ１８は、本発明の波長選択手段に対応するものである。図４に、ＦＰ−ＴＦ１８の構成例を示す。光ファイバＦ１２、Ｆ１３の各端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａは表面を光学的に研磨された後コーティングが施され、平行に対向配置されている。光ファイバＦ１２、Ｆ１３の先端部にはそれぞれフェルール６１、６２が装着されており、フェルール６１、６２はそれぞれ保持具６３、６４により保持されており、保持具６３、６４の間には駆動素子であるアクチュエータ６５が配置されている。アクチュエータ６５を不図示の制御手段により端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａに垂直な方向（図４の矢印方向）に駆動させることにより、端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａの間隔を変更できる。なお、図３、図４では、図の明確化のために端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａの間隔を広くとっているが、実際にはサブ〜数μｍ程度の微小間隔であり、これは後述の変形例および実施形態についても同様である。

ＦＰ−ＴＦ１８におけるファブリーペロー共振器は、これら２つの端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａを反射面として構成される。ファブリーペロー共振器は、これら反射面間の間隔および反射率で決まる周期的で透過ピークを有する透過光スペクトル分布を有しており、透過できない光スペクトルは入射方向と反対方向に反射される。反射面の間隔に反比例してフリースペクトルレンジ値（以下、ＦＳＲという）が大きくなり、透過ピークの間隔はＦＳＲで決まる間隔で繰り返される。また、反射率が大きいほど、透過ピークの幅は狭くなる。

これらのことから、ファブリーペロー共振器を構成する２つの反射面の間隔を十分狭くしてＦＳＲを大きくすることで、ＳＯＡの光利得帯域内に１つの透過光スペクトル分布のみが存在するようにできる。さらに反射面の反射率を十分高くすることで、透過光スペクトル分布の幅を十分狭くすることができ、実質的にＳＯＡの光利得帯域内において十分狭い１つの光スペクトル分布のみがＦＰ−ＴＦを透過できるように設定することが可能になる。これにより、波長可変光源１０を、十分狭い１つの光スペクトル分布のみで発振するようにすることが可能である。

さらに、２つの反射面の間隔を変えることで透過光スペクトル分布の中心波長の位置を変えることが可能である。反射面の間隔を広げた場合は、透過光スペクトルは長波長側にシフトし、反射面の間隔を狭めた場合は、透過光スペクトルは短波長側にシフトする。２つの端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａからなる反射面の間隔を連続的に変えることで、十分狭い光スペクトル分布を有するレーザ発振光スペクトル分布を連続的に掃引することが可能である。

図４に示す構成において、アクチュエータ６５により端面Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａの間隔を拡大および縮小する方向に正弦波的に変更することで、波長可変光源１０の発振波長が長波長側へのシフトおよび短波長側へのシフトを交互に繰り返し、波長可変光源１０の発振波長を連続的に掃引することができる。

上記のように構成された波長可変光源１０の動作例について説明する。レンズ１３に対向するＳＯＡ１２の端面１２ｂから出射した光は、レンズ１３により集光されて光ファイバのＦ１１の端面に入射し、光ファイバＦ１１により導波されて、光ファイバＦ１１の端面から出射し、レンズ１４により平行光化されて偏光子１５に入射する。偏光子１５においては、入射した光のうち、水平直線偏光のみが透過し、それ以外の光は遮断される。偏光子１５を透過した水平直線偏光は、１／４波長板１６により右回りの円偏光に変換される。この円偏光はレンズ１７により集光されてＦＰ−ＴＦ１８に入射する。

ＦＰ−ＴＦ１８において、選択された波長の光は透過してレンズ１９に入射し、それ以外の波長の光は反射されてレンズ１７へ戻る。この反射された光はレンズ１７により平行光化され、１／４波長板１６に入射し、１／４波長板１６により左回りの円偏光から垂直直線偏光へと変換され、偏光子１５により遮断される。

一方、ＦＰ−ＴＦ１８を透過した光は、レンズ１９により平行光化され、１／４波長板２０に入射し、１／４波長板２０により右回り円偏光から垂直直線偏光へと変換される。この垂直直線偏光は、レンズ２１で集光されて光ファイバＦ１４に入射して光ファイバＦ１４内を伝播し、光ファイバＦ１４の端面Ｆ１４ａで反射され、同一経路を逆方向に進行する。

光が逆方向の経路を進行する際、１／４波長板２０により垂直直線偏光から右回り円偏光へ変換され、ＦＰ型波長選択手段を透過し、１／４波長板１６において右回り円偏光から水平直線偏光へ変換される。そして、ＳＯＡ１２に再入射した光は、ＳＯＡ１２において増幅されて、レンズ１１に対向するＳＯＡ１２の端面１２ａから出射し、レンズ１１により集光されて光ファイバＦ１０に入射して光ファイバＦ１０内を伝播し、光ファイバＦ１０の端面Ｆ１０ａで反射され、同一経路を逆方向に進行する。以後、同様のことが繰り返されて、共振器内で選択波長の光が発振することになる。そして、発振したレーザ光は光ファイバＦ１４の端面Ｆ１４ａからその一部が出力光として外部に出力される。

ここで、ＦＰ−ＴＦ１８で選択する波長を変更することにより、発振するレーザ光の波長を変更することができ、波長掃引させてレーザ光を出力することができる。

次に、第１の実施形態にかかる波長可変光源の各種変形例について図を参照しながら説明する。なお、以降の変形例および実施形態の説明および図面においては、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図５に、第１の変形例の構成を示す。図５に示す変形例の波長可変光源１０Ａは、光ファイバでループ状の光路を形成することにより共振器端を構成したものである。図５に示す例では、図３に示す波長可変光源１０の光ファイバＦ１０、Ｆ１４の代わりにそれぞれ、光ファイバＦ１５、Ｆ１６を用いている。光ファイバＦ１５、Ｆ１６は例えばシングルモードファイバからなり、結合部をそれぞれリングカプラ２２、２３で結合することにより、光ファイバの一端から入射した光をループを伝播させて再び入射端と同じ光ファイバの一端に出射させることが可能である。また、リングカプラ２２、２３の分岐比を好適に設定することにより、発振したレーザ光を入射端とは異なる光ファイバ端から外部出力することができる。このようなループ状の光ファイバを用いることにより、光ファイバ端面に高反射コートを成膜する必要がなくなり、低コストに構成することができる。

なお、光ファイバＦ１５、Ｆ１６としては、シングルモードファイバに限定されず、例えば偏波保存ファイバを用いてもよい。偏波保存ファイバは、偏波保存機能を有し、後述するように２つの固有の偏光軸を有するものである。偏波保存ファイバを光ファイバＦ１５、Ｆ１６として用いる場合は、リングカプラにおいて、これら偏光軸が一致するように結合することが好ましい。

図６に、第２の変形例の構成を示す。図６に示す変形例の波長可変光源１０Ｂは、レンズ１１、ＳＯＡ１２、レンズ２４、偏光子１５、１／４波長板１６、レンズ１７を一体化してモジュール２５を構成したものである。モジュール２５は、図３に示す波長可変光源１０のレンズ１３、光ファイバＦ１１を省略し、レンズ１４の代わりにレンズ２４を用いてＳＯＡ１２からの光を平行光化して偏光子１５に入射させるようにしたものである。このようにモジュール化することにより、部品数の削減による低コスト化および構成の簡素化とともに、装置の小型化を図ることができる。また、光ファイバＦ１１を省略することにより、レンズと光ファイバの光結合における光量損失も低減され、光利用効率を向上させることができる。

図７に、第３の変形例の構成を示す。図７に示す変形例の波長可変光源１０Ｃは、ＳＯＡ２７、レンズ２４、偏光子１５、１／４波長板１６、レンズ１７を体化してモジュール２８を構成したものである。ＳＯＡ２７のレンズ２４と逆側の端面２７ａに高反射コートを施すことにより、この端面２７ａを共振器端として機能させるようにしている。この構成により、図６に示す構成に比べて、光ファイバＦ１０、レンズ１１を省略することができるため、部品数の削減による低コスト化および構成の簡素化とともに、装置の小型化をさらに図ることができる。また、光ファイバＦ１０を省略することにより、レンズと光ファイバの光結合における光量損失も低減され、光利用効率を向上させることができる。

次に、図８を参照しながら、第２の実施の形態にかかる波長可変光源３０について説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態にかかる波長可変光源３０の概略構成図である。図８に示す第２の実施の形態の波長可変光源３０と、図３に示す第１の実施の形態の波長可変光源１０とを比較すると、モジュール２８を採用した点、および波長選択手段であるＦＰ−ＴＦ３１の構成が大きく異なる。モジュール２８は図８に示す第４の変形例が備えるモジュール２８と同構成のものであるためここでは説明を省略する。

本実施形態のＦＰ−ＴＦ３１は、図３に示すＦＰ−ＴＦ１８のシングルモードファイバからなる光ファイバＦ１２、Ｆ１３をそれぞれ、偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２に置換した構成を有する。

シングルモードファイバは、必ずしも偏波保存性を有しないため、応力や温度変化、振動等により、伝播する光の偏光状態が変化する虞がある。そこで、本実施形態の波長可変光源３０では、偏波保存性を有する偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２を用い、その長さがともにビート長Ｌｂの整数倍であるｎＬｂ（ｎは正の整数）となるように構成して、偏波保存性を確保している。

図９、図１０を参照しながら、偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２の構成および作用について説明する。図９はＰＡＮＤＡ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ＡＮＤ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ファイバからなる偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２の断面を示したものである。ＰＡＮＤＡファイバは、クラッド３２の中心に配置されたコア３３の両側に光軸と直交する一方向に沿って配置された２つの応力付与部３４ａ、３４ｂを有する。クラッド３２の中心に配置されたコア３３の両側に非軸対称な応力を付与する２つの応力付与部３４ａ、３４ｂを設けた構成を有する。応力付与部３４ａ、３４ｂの配列方向に平行な方向の軸を遅軸（Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ）といい、遅軸に直交する方向の軸を速軸（Ｆａｓｔ Ａｘｉｓ）といい、これら遅軸および速軸が偏波保存ファイバに固有の２つの偏光軸である。遅軸と速軸は光軸に垂直な面内における互いに直交する２方向の軸である。応力付与部３４ａ、３４ｂを設けて、遅軸方向に応力を発生させることにより、遅軸方向と速軸方向とでコアの有効屈折率を異ならせて、複屈折性を持たせることができる。

なお、上記および以下の説明では偏波保存ファイバとしてＰＡＮＤＡファイバを例にとり説明するが、本発明の偏波保存ファイバとしては、ＰＡＮＤＡファイバに限定されず、例えばコアの形状を非軸対称にした楕円コア型の偏波保存ファイバ等の別のタイプの偏波保存ファイバも使用可能である。

偏波保存ファイバは、偏光軸と同方向の偏光方向の直線偏光が入射すると、この直線偏光の偏光方向を保存して伝播させることができる。これに対して、偏波保存ファイバに、２つの偏光軸と異なる偏光方向の直線偏光が入射させた場合には、その光の偏光状態は伝播とともに変化し、伝播距離に応じて右回り円偏光、左回り円偏光、入射時とは偏光方向が異なる直線偏光等の状態が現れうる。

図１０は、偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２に、遅軸および速軸に対し４５度の角度をなす偏光方向の直線偏光が入射したときの光の伝播の様子および偏光状態の変化を示すものである。図１０では、光の伝播方向（光軸方向）をｚ方向とし、入射した直線偏光の遅軸方向、速軸方向の成分をＰｘ、Ｐｙで表している。

遅軸方向、速軸方向の伝播定数の差をΔβとすると、伝播距離がπ／２Δβ、３π／２Δβのとき円偏光となり、π／Δβのとき入射時と直交する方向の直線偏光となり、２π／Δβのとき入射時と同方向の直線偏光となる。つまり、伝播距離が２π／Δβのとき、Ｐｘ、Ｐｙ成分の光の位相差が２π（１周期）となり、入射時の偏光状態に関係なく、入射時と２π／Δβ伝播後の偏光状態が一致する。この２π／Δβの長さをビート長Ｌｂと呼んでいる。Ｌｂ＝２π／Δβである。偏波保存ファイバＰＦの複屈折率Ｂは、波数ｋを用いて、Ｂ＝Δβ／ｋと表されるため、ビート長Ｌｂは、波長λ、上記の複屈折率Ｂを用いて、Ｌｂ＝λ／Ｂとして表すこともできる。

したがって、波長可変光源３０の偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２の長さを、ビート長の整数倍となるように構成することで、偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２それぞれに入射した円偏光は、同じ円偏光の状態で偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２それぞれから出射される。これにより、波長可変光源３０の１／４波長板１６、１／４波長板２０の間で、実質的に偏光状態を保存することができる。

よって、本変形例の波長可変光源３０によれば、偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２を用いて波長選択手段を構成しているため、図３に示す波長可変光源１０に比べ、１／４波長板１６、１／４波長板２０の間で偏光状態を確実に保存できるため、選択波長の光とそれ以外の波長の光をより厳密に分離することが可能となり、出力光の波長選択性を向上させることができる。

また、波長可変光源３０においては、１／４波長板１６の遅軸と偏波保存ファイバＰＦ１の偏光軸の方向、偏波保存ファイバＰＦ１の偏光軸と偏波保存ファイバＰＦ２の偏光軸の方向、偏波保存ファイバＰＦ２の偏光軸と１／４波長板２０の遅軸の方向は任意に設定可能であるため、組み立てや調整が容易となる。

なお、図８に示す例では、光ファイバＦ１４にシングルモードファイバを用いているが、長さがビート長の整数倍の偏波保存ファイバにより光ファイバＦ１４を構成するようにしてもよい。その場合は、偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２と同様に、伝播する光の偏光状態の保存性を向上できるため、さらに出力光の波長選択性を向上させることができる。

次に、図１１を参照しながら、本発明の第３の実施の形態にかかる波長可変光源について説明する。図１１は、本発明の第３の実施の形態にかかる波長可変光源４０の概略構成図である。

波長可変光源４０の特徴は、１／４波長位相子であるファイバの一部が波長選択手段であるＦＰ−ＴＦ４３を構成している点である。具体的には、波長可変光源４０は、図１１に示すように、ＳＯＡ２７、レンズ２４、偏光子１５、レンズ１７を一体化したモジュール４１と、ＦＰ−ＴＦ４３とからなる。波長可変光源４０は、上述の実施形態や変形例と異なり、１／４波長板を全く含まず、ファイバＦ１４も省略されており、部品数削減および小型化が進められた構成となっている。

ＦＰ−ＴＦ４３は、微小間隔を持って端面が対向配置された２つの偏波保存ファイバＰＦ３、ＰＦ４の対向する端面ＰＦ３ａ、ＰＦ４ａを反射面として構成されるファブリーペロー共振器からなる。上述の実施形態におけるＦＰ−ＴＦと同様に、端面ＰＦ３ａ、ＰＦ４ａの間隔を変更することにより、透過させる波長を変更するよう構成されている。

偏波保存ファイバＰＦ３、ＰＦ４は、その長さがともにビート長の整数倍とビート長の１／４倍の和になるように構成されている。すなわち、偏波保存ファイバＰＦ３、ＰＦ４の長さは、Ｌｂをビート長、ｎを０または正の整数としたとき、（１／４＋ｎ）×Ｌｂで表される。そして、図１１のＢ内に示すように、偏波保存ファイバＰＦ３、の遅軸は、偏光子１５を透過した直線偏光の偏光方向（Ｂ内の矢印の方向）と４５度の角度を成すように設定されている。なお、以下の説明では理解を容易にするために、偏波保存ファイバＰＦ３の遅軸と偏波保存ファイバＰＦ４の遅が互いに９０度をなす場合を例にとり説明するが、本発明の光源においては、これら２つの偏波保存ファイバの遅軸の相対的な方向はこれに限定されず、任意に設定可能である。

図１０を参照して説明したように、ビート長Ｌｂは、Ｐｘ、Ｐｙ成分の光の位相差が２π（１周期）となる長さであるから、Ｌｂ／４は、Ｐｘ、Ｐｙ成分の光の位相差がπ／２となる長さである。すなわち、偏波保存ファイバＰＦ３、ＰＦ４を（１／４＋ｎ）×Ｌｂの長さにすることにより、Ｐｘ、Ｐｙ成分の光に１／４位相差を付与することができ、偏波保存ファイバＰＦ３、ＰＦ４はそれぞれ、本発明の第１、第２の１／４波長位相子として機能することができる。

また、偏波保存ファイバＰＦ４の偏波保存ファイバＰＦ３と対向していない端面ＰＦ４ｂには高反射コートが施されており、偏波保存ファイバＰＦ４の端面ＰＦ４ｂは共振器端として機能することができる。端面ＰＦ４ｂの高反射コートは、光ファイバ１４の端面Ｆ１４ａの高反射コート同様、入射した光の一部を外部へ出力可能である。

波長可変光源４０の動作例について説明する。ＳＯＡ２７の端面２７ａとは逆側の端面から出射した光は、レンズ２４により平行光化されて偏光子１５に入射する。偏光子１５においては、入射した光のうち、水平直線偏光のみが透過し、それ以外の光は遮断される。偏光子１５を透過した水平直線偏光は、レンズ１７により集光されてＦＰ−ＴＦ４３に入射する。

ＦＰ−ＴＦ４３において、選択波長の光は偏波保存ファイバＰＦ４を伝播し、それ以外の波長の光は反射されてレンズ１７へ戻る。偏光状態に注目すると、レンズ１７から出射された水平直線偏光は、偏波保存ファイバＰＦ３から右回りの円偏光となって出射される。選択波長以外の光は、偏波保存ファイバＰＦ４を伝播することなく偏波保存ファイバＰＦ３を往復するため、偏波保存ファイバＰＦ３からレンズ１７へ向けて垂直直線偏光として出射され、偏光子１５により遮断される。

一方、選択波長の光は右回りの円偏光として偏波保存ファイバＰＦ４へ入射し、偏波保存ファイバＰＦ４の端面ＰＦ４ｂでは垂直直線偏光となる。この光は、端面ＰＦ４ｂで反射されて偏波保存ファイバＰＦ４を伝播し、端面ＰＦ４ａで右回りの円偏光となって出射され、偏波保存ファイバＰＦ３の端面ＰＦ３ａに入射し、偏波保存ファイバＰＦ３を伝播して、偏波保存ファイバＰＦ３のレンズ１７に対向する端面から水平直線偏光となって出射される。

この水平直線偏光はレンズ１７により平行光化され、偏光子１５を透過し、レンズ２４により集光され、ＳＯＡ２７に入射する。ＳＯＡ２７に入射した光は、ＳＯＡ２７において増幅されて、端面２７ａで反射される。以後、同様のことが繰り返されて、共振器内で選択波長の光が発振することになる。そして、発振したレーザ光は偏波保存ファイバＰＦ４の端面ＰＦ４ｂからその一部が出力光として外部に出力される。

波長可変光源４０においても、ＦＰ−ＴＦ４３で選択する波長を変更することにより、発振するレーザ光の波長を変更することができ、波長掃引させてレーザ光を出力することができる。

波長可変光源４０は図３に示す波長可変光源１０に比べると、１／４波長位相子や光ファイバ、レンズ等の多数の部品が省略されており、非常に簡素化された構成となっている。このため、部品数の削減による大幅な低コスト化、および装置の小型化を図ることができる。また、上述の実施形態にかかる波長可変光源と比べて光ファイバが省略されているため、レンズと光ファイバの光結合における光量損失も低減され、光利用効率を向上させることができる。

さらに、波長可変光源４０は、ファイバにより第１、第２の１／４波長位相子を構成することで、バルク素子である１／４波長板を使用していないため、バルク素子を用いた共振器に比べ、ファイバを用いた共振器は安定性に優れており、組立調整も容易であるという利点を有している。

次に、図１３を参照しながら、本発明の第４の実施の形態にかかる波長可変光源４５について説明する。図１３は、本発明の第４の実施の形態にかかる波長可変光源４５の概略構成図である。波長可変光源４５の特徴は、図１１に示す第３の実施形態の波長可変光源４０のモジュール４１とＦＰ−ＴＦ４３の間にさらに偏波保存ファイバＰＦ５を追加配置した点である。

図１３に示すように、波長可変光源４５では、レンズ１７を出射した光は偏波保存ファイバＰＦ５に入射して偏波保存ファイバＰＦ５を伝播した後、偏波保存ファイバＰＦ５に接続された光コネクタ４６を経由してＦＰ−ＴＦ４３を構成する偏波保存ファイバＰＦ３を入射するように構成されている。

波長可変光源４５では、偏波保存ファイバＰＦ５の偏光軸（速軸、遅軸）の一方が、偏光子１５を透過した直線偏光の偏光方向と一致するように配置される。図１３に示す例では、図１３のＣ内に示すように、偏波保存ファイバＰＦ５の速軸と偏光子１５を透過した直線偏光の偏光方向（Ｃ内の矢印の方向）を一致させている。また、図１３のＤ内に模式的に示すように、光コネクタ４６において、偏波保存ファイバＰＦ５と偏波保存ファイバＰＦ３の偏光軸の方向が４５度をなすように設定されている。本実施形態における偏波保存ファイバＰＦ５の長さは任意に設定可能である。

波長可変光源４５では、モジュール４１とＦＰ−ＴＦ４３の間を偏波保存ファイバＰＦ５で導波することで、偏光状態を保存したままモジュール４１とＦＰ−ＴＦ４３間の光伝送が可能になる。

第３、第４の実施形態では、１／４波長位相子を構成する偏波保存ファイバの端面がＦＰ−ＴＦの反射面を構成していたが、以下に説明する本発明の第５の実施の形態にかかる波長可変光源のように、１／４波長位相子を構成するファイバとＦＰ−ＴＦの反射面に用いられるファイバは別であってもよい。

次に、図１３を参照しながら、本発明の第５の実施の形態にかかる波長可変光源について説明する。図１３は、本発明の第５の実施の形態にかかる波長可変光源５０の概略構成図である。波長可変光源５０は、図１３に示す第４の実施の形態の波長可変光源４５と比べると、偏波保存ファイバＰＦ５とＦＰ−ＴＦ４３との間に光コネクタ５１、５２を用いて偏波保存ファイバＰＦ６を配置し、波長選択手段としてＦＰ−ＴＦ４３の代わりにＦＰ−ＴＦ５３を用いた構成となっている。

偏波保存ファイバＰＦ６は、（１／４＋ｎ）×Ｌｂの長さであり、１／４波長位相子として機能することができる。図１３のＦ内に示すように、偏波保存ファイバＰＦ５と偏波保存ファイバＰＦ６の偏光軸の方向が４５度をなすように設定されている。偏波保存ファイバＰＦ５から出射された直線偏光は、偏波保存ファイバＰＦ６を伝播した後、円偏光として出射される。

なお、偏波保存ファイバＰＦ５については、本実施形態においても図１３に示す第４の実施形態と同様に、図１３のＥ内に示すように、偏波保存ファイバＰＦ５の偏光軸の一方と偏光子１５を透過した直線偏光の偏光方向（Ｅ内の矢印の方向）とを一致させる。

ＦＰ−ＴＦ５３は、ＦＰ−ＴＦ４３の偏波保存ファイバＰＦ３の代わりに偏波保存ファイバＰＦ７を用いたものである。偏波保存ファイバＰＦ７はｎ×Ｌｂの長さであり、その偏光軸の方向は任意に設定可能である。偏波保存ファイバＰＦ６から出射されて偏波保存ファイバＰＦ７に入射した円偏光は、偏波保存ファイバＰＦ７から同じ偏光状態の円偏光として出射される。

本実施形態においては、偏波保存ファイバＰＦ６が本発明の第１の１／４波長位相子として機能し、偏波保存ファイバＰＦ７および偏波保存ファイバＰＦ４の対向する端面ＰＦ７ａ、ＰＦ４ａが波長選択手段であるファブリーペロー共振器の反射面として機能し、偏波保存ファイバＰＦ４が本発明の第２の１／４波長位相子として機能する。

以上、本発明による光源および光断層画像化装置の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々変更することが可能である。

例えば、上記実施形態ではファイバ端面を反射面としたファブリーペロー共振器の例について説明したが、本発明のファブリーペロー共振器はこれに限定されず、ミラーやフィルター等のバルク素子によりファブリーペロー共振器を構成してもよい。

また、１／４波長位相子として、１／４波長板や、（１／４＋ｎ）×Ｌｂの長さの偏波保存ファイバを用いた例について説明したが、他の構成による１／４波長位相子も使用可能である。例えば、図１４に示すような、フレネルロムを１／４波長位相子として用いてもよい。フレネルロムは、全反射を利用した複屈折素子であり、ほとんど波長依存性を有しないという利点がある。フレネルロム４８の入射面４８ａに、入射面４８ａの稜線と４５度をなす方向を偏光方向とする直線偏光を入射させると、この光はフレネルロム４８内部で２回反射し、入射面と対向する面４８ｂから円偏光として射出される。

なお、上記説明では、（１／４＋ｎ）×Ｌｂの長さの偏波保存ファイバを用いた例について説明したが、これに代わり、（ｎ−１／４）×Ｌｂの長さの偏波保存ファイバを用い、ｎを適切に設定することで同様の効果が得られる。

なお、上記説明および図面において、偏波保存ファイバの長さとして記述したｎＬｂや（１／４＋ｎ）×Ｌｂの「ｎ」は、０または任意の正の整数を採用可能である。例えば、図８に示す偏波保存ファイバＰＦ１、ＰＦ２の長さは、いずれもビート長の整数倍であればよく、両者の長さを必ずしも等しくする必要はない。

また、図５に示したように共振器端がループ状のファイバからなる構成は、第１の実施形態だけでなく、その他の実施形態にも適用可能である。

本発明の一実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明の実施形態による光源の概念的な構成図 本発明の第１の実施形態による波長可変光源の構成図 図３の波長可変光源に用いられるＦＰ−ＴＦの構成図 本発明の第１の実施形態にかかる第１の変形例の波長可変光源の構成図 本発明の第１の実施形態にかかる第２の変形例の波長可変光源の構成図 本発明の第１の実施形態にかかる第３の変形例の波長可変光源の構成図 本発明の第２の実施形態による波長可変光源の構成図 ＰＡＮＤＡファイバの断面図 ＰＡＮＤＡファイバの偏光軸と４５度の角度をなす直線偏光が入射したときの偏光状態の変化を示す図 本発明の第３の実施形態による波長可変光源の構成図 本発明の第４の実施形態による波長可変光源の構成図 本発明の第５の実施形態による波長可変光源の構成図 フレネルロムの構成および作用を示す図 従来のリング共振器型の波長可変光源の概略構成図 光アイソレータの構成および作用を説明するための図 従来の線形共振器型の波長可変光源の概略構成図

符号の説明

１ 光源
２、８ 共振器端
３ 光増幅媒体
４ 偏光選択手段
５ 第１の１／４波長位相子
６ 波長選択手段
６ａ、６ｂ 反射面
７ 第２の１／４波長位相子
１０ 波長可変光源
１１、１３、１４、１７、１９、２１ レンズ
１２ ＳＯＡ
１５ 偏光子
１６、２０ １／４波長板
１８ ＦＰ−ＴＦ
２５ モジュール
６１、６２ フェルール
６３、６４ 保持具
６５ アクチュエータ
１００ 光断層画像化装置
１０１ 光分割手段
１０４ 合波手段
１１０ 光源ユニット
１２０ 光路長調整手段
１３０ プローブ
１４０ 干渉光検出手段
１５０ 画像取得手段
１６０ 表示装置
Ｆ１０、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４ 光ファイバ
Ｆ１２ａ、Ｆ１３ａ 端面
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
ＰＦ１、ＰＦ２ 偏波保存ファイバ
Ｓ 測定対象

Claims (4)

1. 線形共振器型の光源であって、
   光増幅媒体と、
   特定波長の光を透過させるとともに前記特定波長以外の光を反射するファブリーペロー共振器からなる波長選択手段と、
   該波長選択手段を透過した光については前記線形共振器内を往復可能とし、前記波長選択手段で反射された光については前記光増幅媒体への入射を遮断する光分離光学系とを備え、
   該光分離光学系が、
   前記光増幅媒体と前記波長選択手段の間に配置され、所定方向の直線偏光のみを前記線形共振器内に進行させる偏光選択手段と、
   該偏光選択手段から前記波長選択手段までの間に配置され、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差を付与する第１の１／４波長位相子と、
   前記波長選択手段に関し前記第１の１／４波長位相子の反対側に配置され、直交する２方向の偏光成分間に１／４波長分の位相差を付与する第２の１／４波長位相子と、を含むことを特徴とする光源。
2. 前記第１および第２の１／４波長位相子の少なくともいずれか一方が、偏波保存ファイバからなり、該偏波保存ファイバの長さがビート長の１／４の長さとビート長の整数倍の長さとの和、または差であることを特徴とする請求項１記載の光源。
3. 前記第１の１／４波長位相子から前記第２の１／４波長位相子までの間に、少なくとも１つの導波用の偏波保存ファイバが配置され、該偏波保存ファイバの長さがビート長の整数倍であり、かつ、該偏波保存ファイバの一端面が前記ファブリーペロー共振器の反射面として機能するものであることを特徴とする請求項１または２記載の光源。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の光源と、
   該光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
   該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
   該干渉光検出手段により検出された前記干渉光に基づき前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。

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