JP2013041860A - Light source device, and optical tomographic image capturing device having the same - Google Patents

Light source device, and optical tomographic image capturing device having the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device having a low-cost and easy-to-fabricate structure and capable of narrowing an oscillation line width, as a light source device having a variable oscillation wavelength.SOLUTION: The light source device has: a collimator lens 102 collimating outgoing light of semiconductor optical amplification medium; a diffraction grating 103 giving the collimated light flux an angle dispersion different for a wavelength; a condenser lens 104 collecting the light flux to which the angle dispersion is given to a position different for the wavelength; and wavelength selection means having reflection parts or transmission parts that scan in a focal plane by the condenser lens and reflect or transmit light having a part of wavelengths. In the wavelength selection means, the reflection parts or the transmission parts formed to have such a uniform width having an optical power are arranged on a rotatable circular plate-shaped substrate. In accordance with rotation of the circular plate-shaped substrate, a wavelength of the outgoing light reflected or transmitted by the reflection parts or the transmission parts is changed to a light collection spot by the condenser lens that is provided on a surface of the circular plate-shaped substrate, and thereby, the light source device is made operate as a wavelength sweeping light source.

Description

本発明は、発振波長を変化させることが可能な光源装置及び該光源装置を有する光断層画像撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a light source device capable of changing an oscillation wavelength and an optical tomographic imaging apparatus having the light source device.

光源、特にレーザー光源の発振波長を可変とする技術において、波長掃引の高速性と狭線幅の両立が切望されている。
波長掃引光コヒーレンストモグラフィー(SS−OCT:Swept Source Optical Coherence Tomography)では、深さ情報を得るのにスペクトル干渉を用いる。このような光干渉による断層画像撮像装置は分光器を用いないことから光量のロスが少なく高SN比の像取得も期待されている。
上記SS−OCT技術を適用した光断層画像撮像装置は、医用画像撮像装置を構成する場合には、掃引速度が速いほど画像取得時間を短縮でき、生体組織を生きたまま観察することにも好適である。
また、波長掃引幅が広いほど断層像の空間解像度を高めることが可能なためこれらのパラメータは重要である。具体的には波長掃引幅Δλ、発振波長λ0、とするとき深さ分解能は、次式によって表される。

Figure 2013041860
In a technique for making the oscillation wavelength of a light source, particularly a laser light source variable, both high speed of wavelength sweeping and narrow line width are desired.
In wavelength swept optical coherence tomography (SS-OCT), spectral interference is used to obtain depth information. Since such a tomographic imaging apparatus based on optical interference does not use a spectroscope, it is expected to acquire an image with a high SN ratio with little loss of light.
When the optical tomographic imaging apparatus to which the SS-OCT technology is applied constitutes a medical imaging apparatus, the higher the sweep speed, the shorter the image acquisition time, and the more suitable for observing living tissue alive. It is.
Also, these parameters are important because the spatial resolution of a tomographic image can be increased as the wavelength sweep width is wider. Specifically, when the wavelength sweep width Δλ and the oscillation wavelength λ0, the depth resolution is expressed by the following equation.
Figure 2013041860

したがって、奥行き分解能を高めるためには波長掃引幅の拡大が必要であり、広帯域な波長掃引光源が求められている。
OCT技術は深さ方向の解像度を数ミクロンとし、且つ数mmの深さまで断層像を得ることができる技術であり、眼底撮影などに用いられている。
特許文献1および特許文献2には、発光波長が可変である光源技術が開示されている。
Therefore, in order to increase the depth resolution, the wavelength sweep width needs to be increased, and a broadband wavelength sweep light source is required.
The OCT technique is a technique that can obtain a tomographic image up to a depth of several millimeters with a resolution in the depth direction of several microns, and is used for fundus photography.
Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose light source technologies in which the emission wavelength is variable.

特許文献1では、ゲイン媒体からの光を回折格子で分光し、分光された光は波長ごとに異なる位置に集光する。
該集光位置付近に、分光された一部の波長の光のみを反射するための幅の細いスリットミラーを用意することで、該反射ミラーによってある特定の波長の光のみゲイン媒体に戻される光共振器構成をとっている。
さらに、前記スリットミラーは光軸に対して垂直に導入された回転する円板の表面に形成されており、該円板の回転に伴いスリットミラーの位置が移動する。
スリットミラーの位置に依存して分光された光に対するスリットミラーの位置が変化し、スリットミラーで反射され前記光増幅器に戻る波長が変化することにより、波長可変光源として動作する。
また、特許文献2は、上記特許文献1と同様の光学系を取るが、特許文献1におけるスリットミラーが、透過型スリットに替わり、かつその後部側に反射ミラーを構えて光を光増幅器に帰還している。
In Patent Document 1, light from a gain medium is dispersed by a diffraction grating, and the dispersed light is collected at different positions for each wavelength.
By preparing a narrow slit mirror for reflecting only the light having a part of the dispersed wavelength in the vicinity of the condensing position, only the light having a specific wavelength is returned to the gain medium by the reflecting mirror. It has a resonator configuration.
Further, the slit mirror is formed on the surface of a rotating disk introduced perpendicular to the optical axis, and the position of the slit mirror moves with the rotation of the disk.
Depending on the position of the slit mirror, the position of the slit mirror with respect to the separated light changes, and the wavelength reflected by the slit mirror and returning to the optical amplifier changes, thereby operating as a wavelength variable light source.
Patent Document 2 uses the same optical system as Patent Document 1, but the slit mirror in Patent Document 1 is replaced with a transmissive slit, and a reflection mirror is provided on the rear side to return light to the optical amplifier. doing.

特表2007−526620号公報Special table 2007-526620 gazette 特開2008−98395号公報JP 2008-98395 A

SS−OCTでは、物体からの反射率スペクトルの干渉を、光源の波長を掃引しながら取得する。
このため、光源のスペクトル線幅は、上記スペクトル取得の各点同士の波長間隔よりも細い必要がある。
例えば、掃引帯域を840nm±40nmとした場合、この帯域でスペクトルを1000点で取得することを想定すると、スペクトル各点を分離しながら取得するためには線幅0.08nm以下であることが必要である。
また、干渉計測における可干渉距離を長く取るためにも(コヒーレンス長の観点から)、狭帯域な線幅の光源が望ましい。
In SS-OCT, interference of reflectance spectrum from an object is acquired while sweeping the wavelength of the light source.
For this reason, the spectral line width of the light source needs to be narrower than the wavelength interval between the points of the spectrum acquisition.
For example, when the sweep band is set to 840 nm ± 40 nm, assuming that the spectrum is acquired at 1000 points in this band, the line width needs to be 0.08 nm or less in order to acquire each spectrum point separately. It is.
Also, in order to increase the coherence distance in interference measurement (in terms of coherence length), a light source with a narrow bandwidth is desirable.

上記したように、SS−OCTによる光源としては、高速広帯域な波長掃引と、掃引中の線幅が狭帯域な光源の実現が求められている。
上記の特許文献1および特許文献2における光源では、発振線幅がスリットミラーの幅あるいは透過型スリットの幅に依存するため発振線幅を狭帯化するためには幅の狭いスリットを作製することが必要である。
しかし、スリット幅が数ミクロンオーダーになると、幅の狭いスリットを作製するためには高いプロセス精度が必要となる。そのため、安価で作製が容易な狭発振線幅の光源を構成する上での課題となっている。
As described above, as a light source using SS-OCT, it is required to realize a high-speed and wide-band wavelength sweep and a light source having a narrow band width during the sweep.
In the light sources in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the oscillation line width depends on the width of the slit mirror or the width of the transmission slit, so that a narrow slit is produced in order to narrow the oscillation line width. is necessary.
However, when the slit width is on the order of several microns, high process accuracy is required to produce a narrow slit. Therefore, it is a problem in constructing a light source with a narrow oscillation line width that is inexpensive and easy to manufacture.

本発明は、上記課題に鑑み、発振波長が可変な光源装置として、安価で作製が容易な構造であり、発振線幅を狭帯化することが可能となる光源装置及び該光源装置を有する光断層画像撮像装置の提供を目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a light source device having a structure that is inexpensive and easy to manufacture as a light source device having a variable oscillation wavelength, and capable of narrowing the oscillation line width, and a light having the light source device An object is to provide a tomographic imaging apparatus.

本発明の光源装置は、
半導体光増幅媒体と、
前記半導体光増幅媒体の出射光をコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートされた光束に、波長によって異なる角度分散を与える回折格子と、
前記回折格子により角度分散を与えられた光束を波長により異なる位置に集光する集光レンズと、
前記集光レンズによる焦点面内を走査して一部の波長の光を反射する反射部または透過する透過部を備えた波長選択手段と、
を有する光源装置において、
前記波長選択手段は、光学的パワーを有する等幅に形成された前記反射部あるいは前記透過部を、回転可能とされた円板形状の基板上にし、
前記円板形状の基板の回転に伴い、前記集光レンズによる前記円板形状の基板表面上の集光スポットに対し、該基板に配置した前記反射部または前記透過部で反射または透過される前記半導体光増幅媒体からの出射光の波長を変化させ、
波長掃引光源として動作させることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、光源装置を有し、該光源装置からの光を被検査物に照射し、被検査物からの反射光を伝達させる被検査物の測定部と、
前記光源装置からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、
前記被検査物の測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、
を備え、前記光検出部で検出された光を用い、前記被検査物の断層画像を撮像する光断層画像撮像装置であって、
前記光源装置が、上記した光源装置によって構成されていることを特徴とする。
The light source device of the present invention comprises:
A semiconductor optical amplification medium;
A collimating lens for collimating the light emitted from the semiconductor optical amplification medium;
A diffraction grating that gives the collimated beam a different angular dispersion depending on the wavelength;
A condensing lens that condenses the light flux given angular dispersion by the diffraction grating at different positions depending on the wavelength;
A wavelength selection means comprising a reflection part for reflecting the light of a part of the wavelength by scanning the focal plane by the condenser lens or a transmission part for transmission;
In the light source device having
The wavelength selection means, the reflection part or the transmission part formed in a uniform width having optical power, on a rotatable disk-shaped substrate,
Along with the rotation of the disk-shaped substrate, the light-condensing spot on the surface of the disk-shaped substrate by the condensing lens is reflected or transmitted by the reflection part or the transmission part arranged on the substrate. Change the wavelength of the light emitted from the semiconductor optical amplification medium,
It operates as a wavelength swept light source.
In addition, the optical tomographic imaging apparatus of the present invention has a light source device, irradiates the inspection object with light from the light source device, and transmits the reflected light from the inspection object,
A reference unit that irradiates a reference mirror with light from the light source device and transmits reflected light from the reference mirror;
An interference unit that causes interference between reflected light from the measurement unit of the inspection object and reflected light from the reference unit;
A light detection unit for detecting interference light from the interference unit;
An optical tomographic imaging apparatus that captures a tomographic image of the inspection object using light detected by the light detection unit,
The light source device is constituted by the light source device described above.

本発明によれば、発振波長が可変な光源装置として、安価で作製が容易な構造であり、発振線幅を狭帯化することが可能となる光源装置及び該光源装置を有する光断層画像撮像装置を実現することができる。   According to the present invention, as a light source device having a variable oscillation wavelength, a light source device that has a structure that is inexpensive and easy to manufacture and that can narrow an oscillation line width, and an optical tomographic image pickup having the light source device are provided. An apparatus can be realized.

本発明の実施形態における光源装置の構成例について説明する図。The figure explaining the structural example of the light source device in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における回転スリット円板を透過型とした構成例について説明する図。The figure explaining the structural example which used the rotation slit disc in embodiment of this invention as the transmission type. 本発明の実施形態における回転スリット円板を透過型とした構成例について説明する図。The figure explaining the structural example which used the rotation slit disc in embodiment of this invention as the transmission type. 本発明の実施形態における回転スリット円板に遮光部材を形成しない構成例について説明する図。The figure explaining the structural example which does not form a light-shielding member in the rotation slit disc in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における光透過部材を異なる形態とした構成例について説明する図。The figure explaining the structural example which made the light transmissive member in embodiment of this invention a different form. 本発明の実施形態における回転スリット円板を反射型とした構成例について説明する図。The figure explaining the structural example which used the rotation slit disc in embodiment of this invention as a reflection type. 本発明の実施形態における回転スリット円板を反射型とした構成例について説明する図。The figure explaining the structural example which used the rotation slit disc in embodiment of this invention as a reflection type. 本発明の実施例1における光源装置の構成例について説明する図。The figure explaining the structural example of the light source device in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における光源装置の反射部の構成について説明する図。The figure explaining the structure of the reflection part of the light source device in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2における光源装置の構成例について説明する図。The figure explaining the structural example of the light source device in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における光源装置の透過部の構成について説明する図。The figure explaining the structure of the permeation | transmission part of the light source device in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3における光断層画像撮像装置の構成例について説明する図。The figure explaining the structural example of the optical tomographic imaging apparatus in Example 3 of this invention. 本発明の実施例3における干渉信号を差動検出するための構成例について説明する図。The figure explaining the structural example for carrying out the differential detection of the interference signal in Example 3 of this invention. 本発明の実施形態における回転スリット円板の動作を説明する図。The figure explaining operation | movement of the rotation slit disc in embodiment of this invention.

つぎに、本発明の実施形態における光源装置の構成例について説明する。
本実施形態の光源装置は、半導体光増幅媒体(半導体光増幅器)を備え、該半導体光増幅媒体からの出射光をコリメートレンズによりコリメートされた光束に、回折格子によって波長より異なる角度分散が与えられる。
この角度分散を与えられた光束が、集光レンズによって波長により異なる位置に集光される。
そして、前記集光レンズによる焦点面内を走査し、反射部または透過部を備えた波長選択手段によって、一部の波長の光を反射または透過するように構成されている。
この光源装置の具体的な構成例が図1に示されている。
但し、本発明はこのような本実施形態の構成によって何ら限定されるものではない。
図1(a)は本実施形態における光源装置の概略図である。
図1(a)に示されるように、半導体光増幅器101、コリメータ102、回折格子103、集光レンズ104、回転スリット円板(波長選択手段)105によって光共振器100が構成される。
回転スリット円板105は、光学的パワーを有する等幅に形成された反射部あるいは透過部を、回転可能とされた円板形状の基板上に配置している。
また、図1(a)では、回折格子の周期構造は紙面垂直方向に形成されている。回転スリット円板105が反射型の波長選択素子の場合には、上記構成であるが、回転スリット円板105が透過型の波長選択素子の場合には、光反射ミラー111が対向して配置される。さらに、光増幅器101には駆動制御部107が接続される。そして、回折格子103からの透過光をミラー108で反射して、集光レンズ109を通して光ファイバ110に結合することで、本実施形態の光源装置の出力を共振器外へ取り出す構成になっている。
駆動制御部107は光増幅器にエネルギーを投入しそのゲインを制御するための機器であり、電源装置及びこれらを制御するためのPCなどで構成される。
光共振器100の共振器長は、高速に狭線幅で波長掃引動作をおこなうためには、たとえば5cm程度以下に抑えることが好適である。
Below, the structural example of the light source device in embodiment of this invention is demonstrated.
The light source device of the present embodiment includes a semiconductor optical amplifying medium (semiconductor optical amplifier), and a light beam collimated by a collimating lens with light emitted from the semiconductor optical amplifying medium is given angular dispersion different from the wavelength by a diffraction grating. .
The light flux given this angular dispersion is condensed at different positions by the wavelength by the condenser lens.
And it scans the inside of the focal plane by the said condensing lens, and it is comprised so that the light of a one part wavelength may be reflected or permeate | transmitted by the wavelength selection means provided with the reflection part or the transmission part.
A specific configuration example of this light source device is shown in FIG.
However, the present invention is not limited by the configuration of the present embodiment.
FIG. 1A is a schematic diagram of a light source device in the present embodiment.
As shown in FIG. 1A, an optical resonator 100 is constituted by a semiconductor optical amplifier 101, a collimator 102, a diffraction grating 103, a condenser lens 104, and a rotating slit disk (wavelength selection means) 105.
In the rotating slit disk 105, a reflection part or a transmission part formed in equal width having optical power is arranged on a rotatable disk-shaped substrate.
In FIG. 1A, the periodic structure of the diffraction grating is formed in the direction perpendicular to the paper surface. In the case where the rotary slit disk 105 is a reflection type wavelength selection element, the above configuration is used. However, in the case where the rotation slit disk 105 is a transmission type wavelength selection element, the light reflection mirrors 111 are arranged to face each other. The Further, a drive control unit 107 is connected to the optical amplifier 101. Then, the transmitted light from the diffraction grating 103 is reflected by the mirror 108 and coupled to the optical fiber 110 through the condenser lens 109, so that the output of the light source device of the present embodiment is taken out of the resonator. .
The drive control unit 107 is a device for inputting energy to the optical amplifier and controlling the gain thereof, and includes a power supply device and a PC for controlling them.
The resonator length of the optical resonator 100 is preferably suppressed to about 5 cm or less, for example, in order to perform a wavelength sweep operation with a narrow line width at high speed.

本実施形態の光源装置において、発振波長を選択するのは回転スリット円板105である(図1(b))。
回転スリット円板105は、回折格子103によって波長毎に異なる焦点位置に集光した光の一部を選択的に透過あるいは反射することで、共振器内に存在する光の波長を選択する。
回転スリット円板の回転に伴って、発振波長が変化する(図14)。
開口部113は複数あるが、そのうちのあるスリットが分光集光スポット114を横切り始めるときの回転スリット円板105の回転角をθs1、横切り終わるときをθe1とするとき、この間発振波長は図14に示すように回転角にλsからλeまで変化する。
そして、開口部が分光集光スポットから外れると発振が停止する。そして次の開口部が分光集光スポットを横切り始める時の回転角をθs2、横切り終わるときの回転角をθe2とするとき、この間で同様に発振波長がλsからλeまで変換する。
この動作を繰り返すことで本発明の光源は波長掃引光源として動作する。
In the light source device of the present embodiment, it is the rotating slit disk 105 that selects the oscillation wavelength (FIG. 1B).
The rotating slit disk 105 selects a wavelength of light existing in the resonator by selectively transmitting or reflecting a part of the light collected by the diffraction grating 103 at different focal positions for each wavelength.
As the rotating slit disk rotates, the oscillation wavelength changes (FIG. 14).
Although there are a plurality of openings 113, when the rotation angle of the rotating slit disk 105 when a slit of the opening begins to cross the spectral condensing spot 114 is θs1, and θe1 when the slit ends, the oscillation wavelength is shown in FIG. As shown, the rotation angle changes from λs to λe.
Then, the oscillation stops when the opening is removed from the spectral focused spot. Then, when the rotation angle when the next opening starts to cross the spectral focused spot is θs2, and the rotation angle when the next opening ends is θe2, the oscillation wavelength is similarly converted from λs to λe.
By repeating this operation, the light source of the present invention operates as a wavelength swept light source.

回転スリット円板105には遮光部112、開口部113が設けられている。そして、回折格子にて分光された光は分光集光スポット114として回転スリット円板上に集光する。
分光集光スポット114は回転スリット円板の円周方向に波長分解されている。そして分光された波長の一部を開口部によって切りだす。また回転原点検出スリット115に対して光源からの光あるいは別の光源の光等を用いて、スリットの回転をモニタリングすることも好適である。
The rotating slit disk 105 is provided with a light shielding part 112 and an opening 113. Then, the light dispersed by the diffraction grating is condensed on the rotating slit disk as a spectral condensing spot 114.
The spectral focused spot 114 is wavelength-resolved in the circumferential direction of the rotating slit disk. Then, a part of the dispersed wavelength is cut out by the opening. It is also preferable to monitor the rotation of the slit with respect to the rotation origin detection slit 115 using light from a light source or light from another light source.

つぎに、図2、図3を用いて、回転スリット円板が透過型の場合の素子構成について説明する。
図2(a)は、回折格子により分光された光が入射する開口部に注目した模式図である。
図2の構成では、光学的にパワーを持った透過型の回転スリット円板とその後段の反射ミラーを用いて波長選択を行う。
遮光部201は開口部202を有する。また遮光部201の下層には光透過部材203が配置されており、かつ開口部202において光透過部材203は光学的パワー部204を有する構成となっている。そして、後段に反射ミラー205を配置する。
ここでは光学的パワー部204が凸レンズの働きをする場合を用いて説明する。回折格子103にて分光され集光レンズ104にて集光された光のうち、波長λ1の光から波長λ5の光までが開口部202へ入射するものとする。
Next, the element configuration when the rotating slit disk is of a transmission type will be described with reference to FIGS.
FIG. 2A is a schematic view focusing on an opening into which light separated by a diffraction grating is incident.
In the configuration of FIG. 2, wavelength selection is performed using a transmission-type rotating slit disk having optical power and a subsequent reflecting mirror.
The light shielding unit 201 has an opening 202. A light transmitting member 203 is disposed below the light shielding portion 201, and the light transmitting member 203 has an optical power portion 204 in the opening 202. Then, the reflection mirror 205 is disposed in the subsequent stage.
Here, the case where the optical power unit 204 functions as a convex lens will be described. It is assumed that light having a wavelength of λ1 to light having a wavelength of λ5 is incident on the opening 202 out of the light split by the diffraction grating 103 and collected by the condenser lens 104.

図2(b)に示すように、開口部202の幅をa、開口部から反射ミラーまでの距離(光反射ミラーとの対向距離)をL、光学的パワー部の焦点距離をfとする。
このとき、光学的パワー部が開口内に存在することにより、開口部202に入射した光の一部は光学的パワーにより屈折され、焦点位置が透過部の後方における前記光反射ミラー表面以外の位置となる。
さらに、その後光反射ミラーで反射されたのち遮光部にて遮光されることになる。
つまり、光増幅器から透過部に到達する光の波長範囲をΔλとし、所定の波長選択範囲Δλ’とするとき、開口部202に入射する光の波長幅、つまりλ5−λ1=Δλは開口部の光学的パワーにより波長選択条件がより厳しくなりΔλ’になる。
これは実効的に波長選択能を光学的パワーにより向上していることに対応する。所定の波長幅Δλ’以下に抑えるためには、幾何学的な考察より開口部内の光学的パワーの焦点距離fおよび光反射ミラーとの対向距離Lが、次の式(1)を満たすことが必要である。

Figure 2013041860
As shown in FIG. 2B, the width of the opening 202 is a, the distance from the opening to the reflecting mirror (opposite distance to the light reflecting mirror) is L, and the focal length of the optical power unit is f.
At this time, since the optical power part exists in the opening, a part of the light incident on the opening 202 is refracted by the optical power, and the focal position is a position other than the surface of the light reflecting mirror behind the transmission part. It becomes.
Further, after being reflected by the light reflecting mirror, it is shielded by the light shielding part.
That is, when the wavelength range of light reaching the transmission part from the optical amplifier is Δλ, and a predetermined wavelength selection range Δλ ′, the wavelength width of the light incident on the opening 202, that is, λ5−λ1 = Δλ is The wavelength selection condition becomes more severe due to the optical power, and Δλ ′.
This corresponds to the fact that the wavelength selectivity is effectively improved by the optical power. In order to suppress it to a predetermined wavelength width Δλ ′ or less, the focal length f of the optical power in the aperture and the facing distance L to the light reflecting mirror satisfy the following formula (1) from geometric considerations. is necessary.
Figure 2013041860

また上記説明は開口部内の光学的パワーが凸レンズに相当する場合の議論であるが、同様に凹レンズに相当するパワーを持つ場合でもその焦点距離fに対して条件を定義できる。
図3に示すように、遮光部301、開口部302、光透過部材303、光学的パワー部304、反射ミラー305を配置する。
凹レンズの焦点位置を図3のように定義する場合、光学的パワーが凸レンズの場合と同様に幾何学的な考察から、所定の波長幅Δλ’以下に抑えるためには、開口部内の光学的パワーの焦点距離fおよび光反射ミラーとの対向距離Lが、次の式(2)を満たすことが必要である。

Figure 2013041860
Further, the above description is a discussion in the case where the optical power in the aperture corresponds to a convex lens. Similarly, even when the optical power in the aperture corresponds to a concave lens, a condition can be defined for the focal length f.
As shown in FIG. 3, a light shielding part 301, an opening 302, a light transmission member 303, an optical power part 304, and a reflection mirror 305 are arranged.
In the case where the focal position of the concave lens is defined as shown in FIG. 3, the optical power in the aperture is determined in order to suppress the optical power to a predetermined wavelength width Δλ ′ or less from the geometrical consideration as in the case of the convex lens. The focal length f and the facing distance L to the light reflecting mirror must satisfy the following formula (2).
Figure 2013041860

図4(a)、(b)に示すように、回転スリット円板は必ずしも遮光部材を必要とするものではない。
光透過部材401に対して、凸レンズ部402や凹レンズ部403を周期的に有する構造にしておき、実効的に狭い幅の開口部が周期的に配列している構成を取ることも好適である。
また、好適なレンズ形状は球面レンズで近軸光線のみを考える場合、薄肉レンズであれば、例えば次の式(3)を使用することができる。

Figure 2013041860
As shown in FIGS. 4A and 4B, the rotating slit disk does not necessarily require a light shielding member.
It is also preferable to adopt a structure in which the light transmitting member 401 has a structure in which the convex lens portion 402 and the concave lens portion 403 are periodically provided, and effective narrow width openings are periodically arranged.
Further, when a suitable lens shape is a spherical lens and only a paraxial ray is considered, if it is a thin lens, for example, the following equation (3) can be used.
Figure 2013041860

このとき、レンズ前面の曲率半径をr1、後面の曲率半径をr2とし、レンズ後面側にできる焦点の焦点距離をレンズ中心から定義した値をf1と書く。
片面が平面のレンズは平面の曲率半径rを無限大にすれば良い。
さらに、開口部内の光学的パワーは、上述のように凸レンズや凹レンズ形状によって持たせる形態に限るものではない。
例えば、図5のように平板状の光透過部材501であってもその内部に高屈折率部502や低屈折率部503等の屈折率分布を有することで凸レンズや凹レンズに相当する光学的なパワーを発現するものであってもよい。
また、透過部材の光学的パワーはシリンドリカルレンズ様のパワーであることも好適である。この場合、光学的パワーは分光された光が波長に依存して分散されている方向にのみ有していることが好適である。
At this time, the radius of curvature of the front surface of the lens is r1, the radius of curvature of the rear surface is r2, and a value that defines the focal length of the focal point formed on the rear surface side of the lens from the lens center is written as f1.
For a lens with one flat surface, the curvature radius r of the flat surface may be infinite.
Furthermore, the optical power in the opening is not limited to the form provided by the convex lens or concave lens shape as described above.
For example, as shown in FIG. 5, even a flat light transmitting member 501 has a refractive index distribution such as a high refractive index portion 502 or a low refractive index portion 503 inside, so that it corresponds to a convex lens or a concave lens. It may be one that expresses power.
The optical power of the transmissive member is also preferably a cylindrical lens-like power. In this case, the optical power is preferably provided only in the direction in which the dispersed light is dispersed depending on the wavelength.

また、例えば回転スリット円板が反射型の場合の構成を図6、図7に示す。
図6では、光学的にパワーを持った反射型の回転スリット円板の開口部付近を図示する。
遮光部601は開口部602を有する。また遮光部601の下層には反射部603が配置されており、かつ開口部602において反射部603は光学的パワー部604を有する構成となっている。その際、この反射部603は凹面鏡あるいは凸面鏡で構成することができる。
回折格子103にて分光され集光レンズ104にて集光された光のうち、波長λ1の光から波長λ5の光までが開口部602へ入射する。
開口部602の半幅をa、開口部から射出瞳までの距離をL、射出瞳の半径をA、光学的パワー部を球面とみなしその曲率半径をrとする。このとき、光学的パワー部が開口部内に存在することにより、開口部に入射した光の一部は光学的パワー部で入射光と異なる角度に反射されるため、開口部602に入射した光の一部は射出瞳で遮られ、半導体光増幅器に戻らなくなる。
つまり、開口部602に入射する光の波長幅、つまりλ5−λ1=Δλは開口部の光学的パワーにより波長選択条件がより厳しくなる。
開口内の幅b以内の光のみが波長選択されるとし、所定の波長選択幅をΔλ’と置く。
波長幅Δλを所定の波長選択幅Δλ’以下に抑制するためには、開口部内の光学的パワー部の曲率半径rおよび開口部の幅(反射部の半幅)aについて、次の式(4)を満たすことが必要である。
但し、開口部の幅aは射出瞳の半径Rに対してa<<Rを満たすと仮定する。

Figure 2013041860
Further, for example, the configuration in the case where the rotating slit disk is of a reflection type is shown in FIGS.
FIG. 6 shows the vicinity of the opening of a reflective rotary slit disk having optical power.
The light shielding unit 601 has an opening 602. A reflective portion 603 is disposed below the light shielding portion 601, and the reflective portion 603 has an optical power portion 604 in the opening 602. In this case, the reflecting portion 603 can be constituted by a concave mirror or a convex mirror.
Of the light split by the diffraction grating 103 and collected by the condenser lens 104, light having a wavelength λ1 to light having a wavelength λ5 enters the opening 602.
Assume that the half width of the opening 602 is a, the distance from the opening to the exit pupil is L, the radius of the exit pupil is A, the optical power portion is a spherical surface, and the radius of curvature is r. At this time, since the optical power portion exists in the opening, a part of the light incident on the opening is reflected at an angle different from the incident light by the optical power portion. Some are blocked by the exit pupil and cannot return to the semiconductor optical amplifier.
That is, the wavelength selection condition for the wavelength width of the light incident on the opening 602, that is, λ5−λ1 = Δλ, becomes stricter due to the optical power of the opening.
It is assumed that only light within the width b within the aperture is wavelength-selected, and a predetermined wavelength selection width is set as Δλ ′.
In order to suppress the wavelength width Δλ to be equal to or smaller than the predetermined wavelength selection width Δλ ′, the following equation (4) is used for the curvature radius r of the optical power portion in the opening and the width (half width of the reflecting portion) a of the opening. It is necessary to satisfy.
However, it is assumed that the width a of the opening satisfies a << R with respect to the radius R of the exit pupil.
Figure 2013041860

波長選択後の波長幅が所定の波長幅以下に収まるためには上記Δλ’を該所定の線幅以下に収まる様に、rを設定することが必要である。
また上記説明は開口部内の反射面が凸形状である場合の議論であるが、同様の考察により、凹形状である場合でもその曲率半径rに対して上式と同じ条件が導出できる。
In order for the wavelength width after wavelength selection to be less than or equal to the predetermined wavelength width, it is necessary to set r so that Δλ ′ is less than or equal to the predetermined line width.
Further, the above description is an argument when the reflecting surface in the opening has a convex shape. However, the same consideration as above can be derived for the radius of curvature r even when the reflecting surface is concave.

図7に示すように、回転スリット部は必ずしも遮光部材を必要とするものではない。
光反射部材703の構成として、例えば、図7(a)に示すように凹面反射部701が周期的に配列している構成を採ることができる。
また、図7(b)に示すように凸面反射部702が周期的に配列している構成にしておき、実効的に開口部が周期的に配列している構成を採ることも好適である。
また、反射部材の光学的パワーはシリンドリカルミラー状のパワーであってもよい。
この場合光学的パワーは分光された光が波長に依存して分散されている方向にのみ有している構成である。
As shown in FIG. 7, the rotary slit portion does not necessarily require a light shielding member.
As a configuration of the light reflecting member 703, for example, a configuration in which the concave reflecting portions 701 are periodically arranged as shown in FIG.
It is also preferable to adopt a configuration in which the convex reflection portions 702 are periodically arranged as shown in FIG. 7B and the openings are effectively periodically arranged.
Further, the optical power of the reflecting member may be a cylindrical mirror power.
In this case, the optical power is configured to have only the direction in which the dispersed light is dispersed depending on the wavelength.

このような素子形状の作成方法としては、例えば、透過型の場合には、光透過部材がSiO2ならば凹構造はフッ素化合物系のプラズマを用いた等方的ドライエッチング、あるいはフッ酸(HF)でwetエッチングを施す。その後、遮光層を成膜、パターニングすることで作製可能である。
遮光層の材質はたとえば酸化クロムなどがあげられるが、これに限るものではない。光源の発振波長において吸収が大きい材質が好ましい。
また、凹、凸構造共に、光透過部材に対してインプリント技術などで予め曲面構造を形成したうえで遮光層を成膜、パターニングすることでも作製可能である。また、インプリントの対象はたとえば透明基板そのものでもよいし、透明基板上に加工容易性が高い透明樹脂等を塗布したものなども好適である。
光透過部材の材質はSiO2に限るものではなく、光源の発振波長帯に於いて透過率が高い材質ならば好適である。
As a method for creating such an element shape, for example, in the case of a transmission type, if the light transmission member is SiO 2 , the concave structure is isotropic dry etching using fluorine compound plasma, or hydrofluoric acid (HF ) Wet etching is performed. Thereafter, the light shielding layer can be formed and patterned.
Examples of the material of the light shielding layer include chromium oxide, but are not limited thereto. A material having a large absorption at the oscillation wavelength of the light source is preferred.
Further, both the concave and convex structures can be produced by forming a light-shielding layer and patterning it after forming a curved surface structure in advance on the light transmitting member by an imprint technique or the like. Further, the target of imprinting may be, for example, the transparent substrate itself, or a material obtained by applying a transparent resin or the like with high processability on the transparent substrate.
The material of the light transmitting member is not limited to SiO 2 , and any material having a high transmittance in the oscillation wavelength band of the light source is suitable.

また、反射型の場合には、たとえば光反射部材がSiO2基板上に金属反射膜が成膜されたものである場合、凹構造は予め基板をHFでwetエッチングなどした上に反射層となる金属を成膜したのち、遮光層を成膜、パターニングすることでも作製可能である。
凹、凸構造共に、金属反射層に対してインプリント加工してもよいし、あるいはSiO2基板に対してインプリント技術等で予め曲面構造を形成したうえで反射金属層を成膜し遮光層を成膜およびパターニングすることで作製可能である。
In the case of the reflective type, for example, when the light reflecting member is a SiO 2 substrate on which a metal reflecting film is formed, the concave structure becomes a reflecting layer after the substrate is wet-etched with HF in advance. It can also be produced by depositing and patterning a light shielding layer after depositing a metal.
Both the concave and convex structures may be imprinted on the metal reflective layer, or a reflective metal layer is formed on the SiO 2 substrate by forming a curved structure in advance by imprint technology, etc. Can be fabricated by patterning and patterning.

逆に、単純なプロセスとして、平滑な表面を持つ円板状の基板表面にスリット状のミラーをパターニングして作製する場合、ミラー部分を成膜する前に基板表面形状の加工をあらかじめ行っておく、
あるいは、反射面形成後に金属表面を曲面状に成形するなどの特段の措置を取らない限りは、光学的パワーを有するような有意な曲面形状を形成することは困難である。
平面基板上に金属を成膜するプロセスで作製する場合、例えばスパッタあるいは蒸着成膜した場合、金属膜表面は金属グレインの凹凸構造、つまり数nm程度の直径の金属微粒子の集合体となるため光学的には曲面とみなされない微細な凹凸が形成されるのみである。
波長分解能向上のために、より狭い幅のスリットなど作製困難な構造を用いない、作成容易な構造で発振線幅が狭帯域な波長可変光源を構成できる。
Conversely, as a simple process, when a slit-like mirror is patterned on a disk-like substrate surface having a smooth surface, the substrate surface shape is processed in advance before forming the mirror portion. ,
Alternatively, it is difficult to form a significant curved surface shape having optical power unless special measures are taken such as forming the metal surface into a curved surface shape after the reflective surface is formed.
When manufacturing by a process of depositing metal on a flat substrate, for example, when sputtering or vapor deposition is performed, the metal film surface is an uneven structure of metal grains, that is, an aggregate of metal fine particles having a diameter of several nanometers. Only fine irregularities that are not regarded as curved surfaces are formed.
In order to improve the wavelength resolution, it is possible to construct a wavelength tunable light source that does not use a structure that is difficult to manufacture, such as a slit having a narrower width, and that has an easy-to-create structure and a narrow oscillation line width.

以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1として、本発明を適用した光源装置の構成例について、図8を用いて説明する。但し、本発明は以下に説明する実施例の構成によって何ら限定を受けるものではない。
図8(a)は本発明の光源を横から見た図である。
図8(a)において、半導体光増幅器801、コリメータ802、回折格子803、集光レンズ804、回転スリット円板805によって光共振器800が構成される。
半導体光増幅器のゲイン帯域は800nmから880nmである。回転スリット円板805が反射型の波長選択素子である。ただし回転スリット円板は反射型に限るものではなく、透過型の波長選択素子であってもよい。
その場合には、反射ミラーを回転スリット円板後段に配置する。さらに、光増幅器801にはLDドライバ807が接続される。そして、回折格子803からの透過光をミラー808で反射して、集光レンズ809を通して光ファイバ810に結合することで、本発明の光源の出力を共振器外へ取り出す構成になっている。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
As a first embodiment, a configuration example of a light source device to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. However, the present invention is not limited in any way by the configuration of the embodiments described below.
FIG. 8A is a side view of the light source of the present invention.
In FIG. 8A, an optical resonator 800 is constituted by a semiconductor optical amplifier 801, a collimator 802, a diffraction grating 803, a condenser lens 804, and a rotating slit disk 805.
The gain band of the semiconductor optical amplifier is from 800 nm to 880 nm. The rotating slit disk 805 is a reflective wavelength selection element. However, the rotating slit disk is not limited to the reflection type, and may be a transmission type wavelength selection element.
In that case, the reflecting mirror is arranged at the rear stage of the rotating slit disk. Further, an LD driver 807 is connected to the optical amplifier 801. Then, the transmitted light from the diffraction grating 803 is reflected by the mirror 808 and coupled to the optical fiber 810 through the condenser lens 809 so that the output of the light source of the present invention is taken out of the resonator.

LDドライバ807は光増幅器にエネルギーを投入しそのゲインを制御するための機器である。
LDドライバ807は制御装置814に接続される。制御装置814はLDドライバや回転スリット制御装置811の制御を行う。
回転スリット制御装置811は回転スリット円板の回転速度の制御や電源供給等を行う。
回転スリット円板には反射部813、遮光部812がある(図8(b))。遮光部は厚さ100nmの酸化クロムで構成する。
反射部は石英基板上にアルミニウムを厚さ100nmで形成したものである。
集光スポット815は回転スリット円板の周方向に波長分散して集光している。また、回転原点検出スリット816により回転スリットの原点を検出することも好適である。
The LD driver 807 is a device for supplying energy to the optical amplifier and controlling its gain.
The LD driver 807 is connected to the control device 814. The control device 814 controls the LD driver and the rotary slit control device 811.
The rotary slit controller 811 controls the rotational speed of the rotary slit disk, supplies power, and the like.
The rotating slit disk has a reflecting portion 813 and a light shielding portion 812 (FIG. 8B). The light shielding portion is made of chromium oxide having a thickness of 100 nm.
The reflecting portion is formed by forming aluminum with a thickness of 100 nm on a quartz substrate.
The focused spot 815 is focused by wavelength dispersion in the circumferential direction of the rotating slit disk. It is also preferable to detect the origin of the rotation slit by the rotation origin detection slit 816.

本実施例では、半導体光増幅器801から回転スリット円板805表面までの光路の長さが共振器長であり50mmである。
回折格子により半導体光増幅器からの光は分光され、回転スリット円板805の表面上に、波長800nmから880nmの光が5mmの幅に分光され波長ごとに異なる位置に集光される。
この集光位置は回転スリット円板表面上(円板形状の基板表面上)であり、集光スポットに対して回転スリット円板上の反射部が移動して行くことで、反射される波長が変化し、波長掃引光源として動作する。
In this embodiment, the length of the optical path from the semiconductor optical amplifier 801 to the surface of the rotary slit disk 805 is the resonator length, which is 50 mm.
The light from the semiconductor optical amplifier is split by the diffraction grating, and light with a wavelength of 800 nm to 880 nm is split into a width of 5 mm on the surface of the rotating slit disk 805 and condensed at different positions for each wavelength.
This condensing position is on the surface of the rotating slit disk (on the surface of the disk-shaped substrate), and the reflection wavelength on the rotating slit disk moves with respect to the condensing spot, so that the reflected wavelength is Change and operate as a wavelength swept light source.

集光レンズ804は、焦点距離100mm、直径5mmである。反射部813からみた射出瞳はこの集光レンズにほぼ一致していると考えて構成する。
ここで、反射部813は図9に示すようにその内部が凸面形状に形成されている。
遮光層901の一部に開口部902が形成され、開口部902内には反射層903に形成されている凹部904が配されている。
また、開口部902の幅は10μmである。したがって、この開口部の幅に到達する波長幅は0.32nmとなる。
この波長選択幅を0.08nmにするために曲率半径が約50μmの球面を凹部904として形成しておく。この形状は具体的には凹面形状の中央部が開口部端よりも約1μm窪んでいる形状に相当する。これは実施の形態に記載の数式から導かれる構成である。
つまり、凹面を単純な球面と考えた場合、1μm以上の窪みを与えれば所定の波長分解能を達成可能である。
このように、開口部の幅が広くても、開口部内に光学的パワーを持たせることで実際の波長選択幅を大幅に狭帯化することが可能である。
The condenser lens 804 has a focal length of 100 mm and a diameter of 5 mm. The exit pupil viewed from the reflection unit 813 is configured so as to substantially match the condenser lens.
Here, as shown in FIG. 9, the reflecting portion 813 has a convex shape inside.
An opening 902 is formed in part of the light shielding layer 901, and a recess 904 formed in the reflective layer 903 is disposed in the opening 902.
The width of the opening 902 is 10 μm. Therefore, the wavelength width reaching the width of the opening is 0.32 nm.
In order to set the wavelength selection width to 0.08 nm, a spherical surface having a radius of curvature of about 50 μm is formed as the recess 904. Specifically, this shape corresponds to a shape in which the center portion of the concave shape is recessed by about 1 μm from the end of the opening. This is a configuration derived from the mathematical formulas described in the embodiments.
That is, when the concave surface is considered as a simple spherical surface, a predetermined wavelength resolution can be achieved by providing a depression of 1 μm or more.
Thus, even if the width of the opening is wide, it is possible to significantly narrow the actual wavelength selection width by providing optical power in the opening.

本実施例では、回転スリット円板として開口部内が凹形状のものを記載したが、本発明の内容はこれに限るものではない。開口部内の形状が凸形状であってもよい。
所定の波長選択性を実現するためには実施の形態に記載の関係式を用いて凹形状、凸形状の曲率半径を設定すればよい。
あるいは、ミラーから射出瞳までの距離を調節してもよい。
また、開口部内の光学的パワーを回折格子の周期の方向にのみ有しているシリンドリカルミラー状であってもよい。
In the present embodiment, the rotating slit disk has a concave shape in the opening, but the content of the present invention is not limited to this. The shape in the opening may be a convex shape.
In order to realize the predetermined wavelength selectivity, the curvature radius of the concave shape and the convex shape may be set using the relational expressions described in the embodiments.
Alternatively, the distance from the mirror to the exit pupil may be adjusted.
Moreover, the cylindrical mirror shape which has the optical power in an opening part only in the direction of the period of a diffraction grating may be sufficient.

[実施例2]
実施例2として、実施例1と異なる形態の光源装置の構成例について、図10を用いて説明する。
図10(a)は、本実施例の光源装置を横から見た図である。
図10(a)において、半導体光増幅器1001、コリメータ1002、回折格子1003、集光レンズ1004、回転スリット円板1005によって光共振器1000が構成される。
半導体光増幅器のゲイン帯域は1000nmから1100nmである。回転スリット円板1005が透過型の波長選択素子である。ただし回転スリット円板は透過型に限るものではない。
反射ミラー1015を回転スリット円板後段に配置する。反射ミラーは回転スリットの回折格子側表面から1mmの距離に設置する。さらに、光増幅器1001にはLDドライバ1007が接続される。そして、回折格子1003からの透過光をミラー1008で反射して、集光レンズ1009を通して光ファイバ1010に結合することで、本発明の光源の出力を共振器外へ取り出す構成になっている。
[Example 2]
As a second embodiment, a configuration example of a light source device having a different form from the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10A is a side view of the light source device of this embodiment.
In FIG. 10A, an optical resonator 1000 is constituted by a semiconductor optical amplifier 1001, a collimator 1002, a diffraction grating 1003, a condenser lens 1004, and a rotating slit disk 1005.
The gain band of the semiconductor optical amplifier is 1000 nm to 1100 nm. The rotating slit disk 1005 is a transmission type wavelength selection element. However, the rotating slit disk is not limited to the transmission type.
A reflection mirror 1015 is arranged at the rear stage of the rotating slit disk. The reflection mirror is installed at a distance of 1 mm from the diffraction grating side surface of the rotary slit. Further, an LD driver 1007 is connected to the optical amplifier 1001. The transmitted light from the diffraction grating 1003 is reflected by a mirror 1008 and coupled to an optical fiber 1010 through a condenser lens 1009, whereby the output of the light source of the present invention is extracted out of the resonator.

LDドライバ1007は光増幅器にエネルギーを投入しそのゲインを制御するための機器である。
LDドライバ1007は制御装置1014に接続される。制御装置1014はLDドライバや回転スリット制御装置1011の制御を行う。
回転スリット制御装置1011は回転スリット円板の回転速度の制御や電源供給等を行う。
回転スリット円板には透過部1013、遮光部1012がある(図10(b))。
遮光部は厚さ100nmの酸化クロムで構成する。透過部は石英基板上にHF溶液処理にて凹部を形成したものである。
集光スポット1016は開店スリット円板の周方向に波長分散して集光している。
また、回転原点検出スリット1017により回転スリットの原点を検出することも好適である。
The LD driver 1007 is a device for supplying energy to the optical amplifier and controlling its gain.
The LD driver 1007 is connected to the control device 1014. The control device 1014 controls the LD driver and the rotary slit control device 1011.
The rotary slit controller 1011 controls the rotational speed of the rotary slit disk, supplies power, and the like.
The rotating slit disk has a transmission part 1013 and a light shielding part 1012 (FIG. 10B).
The light shielding portion is made of chromium oxide having a thickness of 100 nm. The transmission part is formed by forming a recess on a quartz substrate by HF solution treatment.
The focused spot 1016 is focused by wavelength dispersion in the circumferential direction of the opening slit disk.
It is also preferable to detect the origin of the rotation slit by the rotation origin detection slit 1017.

本実施例では、半導体光増幅器1001から回転スリット円板1005表面までの光路の長さが共振器長であり50mmである。
回折格子により半導体光増幅器からの光は分光され、回転スリット円板1005の表面上に、波長1000nmから1100nmの光が6.25mmの幅に分光され波長ごとに異なる位置に集光される。
この集光位置は回転スリット円板表面上であり、集光スポットに対して回転スリット円板上の透過部が移動して行くことで、透過される波長が変化し、波長掃引光源として動作する。
In the present embodiment, the length of the optical path from the semiconductor optical amplifier 1001 to the surface of the rotating slit disk 1005 is the resonator length, which is 50 mm.
The light from the semiconductor optical amplifier is split by the diffraction grating, and light with a wavelength of 1000 nm to 1100 nm is split into a width of 6.25 mm on the surface of the rotating slit disk 1005 and condensed at different positions for each wavelength.
This condensing position is on the surface of the rotating slit disk, and the transmitted wavelength on the rotating slit disk moves with respect to the condensing spot, so that the transmitted wavelength changes and operates as a wavelength swept light source. .

ここで、透過部1013は図11に示すようにその内部が凹面形状に形成されている1101遮光層の一部に開口部1102が形成され、開口部1102内には反射層1103に形成されている凹部1104が配されている。
また、ここでの開口部1102の幅は40μmである。透過部の屈折率を1.46とする。
Here, as shown in FIG. 11, the transmissive portion 1013 has an opening 1102 formed in a part of a 1101 light shielding layer having a concave shape inside, and a reflection layer 1103 is formed in the opening 1102. A recessed portion 1104 is disposed.
The width of the opening 1102 here is 40 μm. The refractive index of the transmission part is 1.46.

開口部の幅に到達する波長幅は0.8nmとなる。
この波長選択幅を0.08nmにするために曲率半径が約61μmの球面を凹部1104として形成しておく。
この形状は具体的には凹面形状の中央部が開口部端よりも約3.3μm窪んでいる形状に相当する。
したがって、凹部を球面と考える場合、3.3μm以上窪ませておけば所定の波長分解能を達成可能である。
このように、開口部の幅が広くても、開口部内に光学的パワーを持たせることで実際の波長選択幅を大幅に狭帯化することが可能である。
The wavelength width reaching the width of the opening is 0.8 nm.
In order to set the wavelength selection width to 0.08 nm, a spherical surface having a radius of curvature of about 61 μm is formed as the recess 1104.
Specifically, this shape corresponds to a shape in which the center portion of the concave shape is recessed by about 3.3 μm from the end of the opening.
Therefore, when the concave portion is considered as a spherical surface, a predetermined wavelength resolution can be achieved if the concave portion is recessed by 3.3 μm or more.
Thus, even if the width of the opening is wide, it is possible to significantly narrow the actual wavelength selection width by providing optical power in the opening.

本実施例では、回転スリット円板として開口部内が凹形状のものを記載したが、本発明の内容はこれに限るものではない。開口部内の形状が凸形状であってもよい。
所定の波長選択性を実現するためには実施の形態に記載の関係式を用いて焦点距離を設定すればよい。
あるいは、開口部から反射ミラーまでの距離を調節してもよい。
また、開口部内の光学的パワーを回折格子の周期の方向にのみ有しているシリンドリカルレンズ状であってもよい。
In the present embodiment, the rotating slit disk has a concave shape in the opening, but the content of the present invention is not limited to this. The shape in the opening may be a convex shape.
In order to realize the predetermined wavelength selectivity, the focal length may be set using the relational expression described in the embodiment.
Or you may adjust the distance from an opening part to a reflective mirror.
Moreover, the cylindrical lens shape which has the optical power in an opening part only in the direction of the period of a diffraction grating may be sufficient.

[実施例3]
実施例3では、本発明の光源装置を用いた光断層画像撮像装置の構成例を、図12を用いて説明する。
本実施例の光断層画像撮像装置は、図12に示すように、光源部を構成する波長可変光源1201、参照部を構成する参照光光路用ファイバ1202、干渉部を構成するファイバカップラ1203、反射ミラー1204が配置される。
さらに、被検査物からの反射光を伝達させる被検査物の測定部を構成する検査光光路用ファイバ1205、照射集光光学系1206、照射位置走査用ミラー1207が接続される。
これに加え、光検出部を構成する受光用ファイバ1208、フォトディテクタ1209、照射用ファイバ1210、画像処理部を構成する信号処理装置1211、画像出力モニタ1213が接続される。そして、光源部を構成する光源制御装置1212が接続され光断層画像撮像装置が構成される。1214は被検査物である。
なお、干渉光学系を構成するファイバは、本実施例では光源の波長帯域でシングルモードファイバで構成し、各種ファイバカップラは3dBカップラで構成するが本発明の構成はこのような構成に限定されるものではない。
[Example 3]
In Example 3, a configuration example of an optical tomographic imaging apparatus using the light source device of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, the optical tomographic imaging apparatus according to the present embodiment includes a variable wavelength light source 1201 constituting a light source unit, a reference light path optical fiber 1202 constituting a reference unit, a fiber coupler 1203 constituting an interference unit, and a reflection unit. A mirror 1204 is arranged.
Further, an inspection light path optical fiber 1205, an irradiation condensing optical system 1206, and an irradiation position scanning mirror 1207 constituting a measurement unit of the inspection object that transmits reflected light from the inspection object are connected.
In addition to this, a light receiving fiber 1208 constituting a light detection unit, a photodetector 1209, an irradiation fiber 1210, a signal processing device 1211 constituting an image processing unit, and an image output monitor 1213 are connected. And the light source control apparatus 1212 which comprises a light source part is connected, and an optical tomographic imaging device is comprised. Reference numeral 1214 denotes an object to be inspected.
In this embodiment, the fiber constituting the interference optical system is constituted by a single mode fiber in the wavelength band of the light source, and the various fiber couplers are constituted by 3 dB couplers. However, the configuration of the present invention is limited to such a configuration. It is not a thing.

本実施例における波長可変光源は、光源制御装置によりその発振波長や強度及びその時間変化を制御する。
波長可変光源から出射された光はファイバカップラにおいて参照光光路用ファイバ及び検査光光路用ファイバに分割されて導入される。
さらに、参照光光路用ファイバの先端には反射ミラーが配置され、反射ミラーで光は反射され受光用ファイバに導入されフォトディテクタに到達する。
同時に、ファイバカップラにて検査光光路用ファイバに導入された光は検査物体に照射され、後方散乱光が被検査物の内部及び表面から発生する。
後方散乱光は照射集光光学系を通してファイバカップラからフォトディテクタに集光される。
フォトディテクタで受光された光は信号処理装置にてスペクトル信号に変換され、さらにフーリエ変換を施すことで被検査物の奥行き情報を取得する。取得された奥行き情報は画像出力モニタに表示される。
同時に、信号処理装置からは照射位置走査用ミラーの駆動信号を発振し、かつ波長可変光源制御信号も送出する。
本実施例の光源装置は、線幅が細い為にコヒーレンス長が長いことから、OCT画像の参照ミラーと等距離の位置から遠い位置までの干渉像を取得することが可能となる。
これはコヒーレンス長が長いことすなわち可干渉距離が長いことにより、干渉光学系を構成する二つの光路の光路長差が長くても干渉信号を得られることに相当する。
このため、光源の線幅が狭いことは、被検査物の奥深い構造まで検知できるため好適である。
The wavelength tunable light source in the present embodiment controls its oscillation wavelength and intensity and its temporal change by a light source control device.
The light emitted from the wavelength tunable light source is divided and introduced into a reference light optical path fiber and an inspection light optical path fiber by a fiber coupler.
Further, a reflection mirror is disposed at the tip of the reference light path optical fiber, and the light is reflected by the reflection mirror and introduced into the light receiving fiber to reach the photodetector.
At the same time, the light introduced into the inspection light path fiber by the fiber coupler is irradiated onto the inspection object, and backscattered light is generated from the inside and the surface of the inspection object.
The backscattered light is condensed from the fiber coupler to the photodetector through the irradiation condensing optical system.
The light received by the photodetector is converted into a spectrum signal by a signal processing device, and further subjected to Fourier transform to obtain depth information of the inspection object. The acquired depth information is displayed on the image output monitor.
At the same time, the signal processing device oscillates a driving signal for the irradiation position scanning mirror and also sends a wavelength variable light source control signal.
Since the light source device of the present embodiment has a long coherence length because the line width is narrow, it is possible to acquire an interference image from a position equidistant to a position far from the reference mirror of the OCT image.
This corresponds to the fact that an interference signal can be obtained even if the optical path length difference between two optical paths constituting the interference optical system is long due to a long coherence length, that is, a long coherence distance.
For this reason, it is preferable that the line width of the light source is narrow because a deep structure of the inspection object can be detected.

図12では最も簡易な構成を示したが、例えば図13に示すような、干渉信号を差動検出するための光学系で構成しても良い。
図13においては、光源部を構成する波長可変光源1301と、アイソレータ1302、参照部を構成する参照光光路用ファイバ1306、偏波コントローラ1318、干渉部を構成するファイバカップラ1305、反射ミラー1307を配置する。
さらに、被検査物の測定部を構成する検査光光路用ファイバ1314、偏波コントローラ1319、照射集光光学系1315、照射位置走査用ミラー1308を接続する。
これに加え光検出部を構成するファイバカップラ1303、ファイバカップラ1304、受光用ファイバ1316、受光用ファイバ1317、バランスフォトディテクタ1310、画像処理部を構成する信号処理装置1311、画像出力モニタ1313が接続される。
そして、光源部を構成する光源制御装置1312が接続され光断層画像撮像装置が構成される。1309は検査対象物である。
また、図示しないが、光源からの出射光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉信号の振幅補正に用いるなどの構成もまた好適である。
Although the simplest configuration is shown in FIG. 12, an optical system for differentially detecting interference signals as shown in FIG. 13, for example, may be used.
In FIG. 13, a variable wavelength light source 1301 constituting a light source unit, an isolator 1302, a reference optical path fiber 1306 constituting a reference unit, a polarization controller 1318, a fiber coupler 1305 constituting an interference unit, and a reflection mirror 1307 are arranged. To do.
Further, an inspection light path optical fiber 1314, a polarization controller 1319, an irradiation condensing optical system 1315, and an irradiation position scanning mirror 1308, which constitute a measurement unit of the inspection object, are connected.
In addition, a fiber coupler 1303, a fiber coupler 1304, a light receiving fiber 1316, a light receiving fiber 1317, a balance photodetector 1310, a signal processing device 1311 forming an image processing unit, and an image output monitor 1313 are connected. .
And the light source control apparatus 1312 which comprises a light source part is connected, and an optical tomographic imaging device is comprised. Reference numeral 1309 denotes an inspection object.
Although not shown, a configuration in which the intensity of light emitted from the light source is successively monitored and the data is used for amplitude correction of the interference signal is also suitable.

100:光共振器
101:半導体光増幅器
102:コリメータ
103:回折格子
104:集光レンズ
105:回転スリット円板
107:駆動制御部
108:ミラー
109:集光レンズ
110:光ファイバ
111:反射ミラー
112:遮光部
113:開口部
114:分光集光スポット
115:回転原点検出スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Optical resonator 101: Semiconductor optical amplifier 102: Collimator 103: Diffraction grating 104: Condensing lens 105: Rotating slit disk 107: Drive control part 108: Mirror 109: Condensing lens 110: Optical fiber 111: Reflection mirror 112 : Light shielding part 113: Opening part 114: Spectral focused spot 115: Rotation origin detection slit

Claims (9)

半導体光増幅媒体と、
前記半導体光増幅媒体の出射光をコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートされた光束に、波長によって異なる角度分散を与える回折格子と、
前記回折格子により角度分散を与えられた光束を波長により異なる位置に集光する集光レンズと、
前記集光レンズによる焦点面内を走査して一部の波長の光を反射する反射部または透過する透過部を備えた波長選択手段と、
を有する光源装置において、
前記波長選択手段は、光学的パワーを有する等幅に形成された前記反射部あるいは前記透過部を、回転可能とされた円板形状の基板上に配置し、
前記円板形状の基板の回転に伴い、前記集光レンズによる前記円板形状の基板表面上の集光スポットに対し、該基板上に配置した前記反射部または前記透過部で反射または透過される前記半導体光増幅媒体からの出射光の波長を変化させ、
波長掃引光源として動作させることを特徴とする光源装置。
A semiconductor optical amplification medium;
A collimating lens for collimating the light emitted from the semiconductor optical amplification medium;
A diffraction grating that gives the collimated beam a different angular dispersion depending on the wavelength;
A condensing lens that condenses the light flux given angular dispersion by the diffraction grating at different positions depending on the wavelength;
A wavelength selection means comprising a reflection part for reflecting the light of a part of the wavelength by scanning the focal plane by the condenser lens or a transmission part for transmission;
In the light source device having
The wavelength selection means is arranged on the disk-shaped substrate that can be rotated, the reflection part or the transmission part formed in equal width having optical power,
Along with the rotation of the disk-shaped substrate, the condensing spot on the surface of the disk-shaped substrate by the condensing lens is reflected or transmitted by the reflecting portion or the transmitting portion arranged on the substrate. Changing the wavelength of the light emitted from the semiconductor optical amplification medium;
A light source device that operates as a wavelength swept light source.
前記透過部は、前記光学的パワーが負であり、光反射ミラーに対向して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the transmission unit has a negative optical power and is provided to face a light reflection mirror. 前記光反射ミラーとの対向距離をL、前記半導体光増幅媒体から前記透過部に到達する光の波長範囲をΔλ、透過部の焦点距離をfとするとき、
所定の波長選択範囲Δλ’に対して透過部の焦点距離fおよび光反射ミラーとの対向距離Lが次の式を満たすことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
Figure 2013041860
When the facing distance to the light reflecting mirror is L, the wavelength range of light reaching the transmission part from the semiconductor optical amplification medium is Δλ, and the focal length of the transmission part is f,
3. The light source device according to claim 2, wherein the focal length f of the transmission portion and the facing distance L to the light reflection mirror satisfy the following expression for a predetermined wavelength selection range Δλ ′.
Figure 2013041860
前記透過部は、前記光学的パワーが正であり、光反射ミラーに対向して設けられ、該透過部による焦点位置が前記透過部の後方における前記光反射ミラー表面以外の位置とされていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。   The transmissive part has a positive optical power, is provided to face the light reflecting mirror, and a focal position by the transmissive part is a position other than the surface of the light reflecting mirror behind the transmissive part. The light source device according to claim 1. 前記光反射ミラーとの対向距離をL、前記光増幅器から前記透過部に到達する光の波長範囲をΔλ、透過部の焦点距離をfとするとき、
所定の波長選択範囲Δλ’に対して透過部の焦点距離fおよび光反射ミラーとの対向距離Lが次の式を満たすことを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
Figure 2013041860
When the facing distance to the light reflecting mirror is L, the wavelength range of light reaching the transmitting part from the optical amplifier is Δλ, and the focal length of the transmitting part is f,
5. The light source device according to claim 4, wherein the focal length f of the transmission portion and the facing distance L to the light reflection mirror satisfy the following expression for a predetermined wavelength selection range Δλ ′.
Figure 2013041860
前記反射部は、凹面鏡あるいは凸面鏡で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the reflection unit is configured by a concave mirror or a convex mirror. 前記反射部の半幅をa、前記凹面鏡あるいは凸面鏡の曲率半径をr、前記反射部からみた光学系の射出瞳の半幅をA、反射部から射出瞳までの距離をL、前記反射部に入射する光の波長範囲をΔλ、所定の波長選択範囲をΔλ’とし、
前記aが前記射出瞳の半径Rに対してa<<Rとされているとき、次の式を満たすことを特徴とする請求項6に記載の光源装置。
Figure 2013041860
The half width of the reflecting portion is a, the radius of curvature of the concave mirror or convex mirror is r, the half width of the exit pupil of the optical system viewed from the reflecting portion is A, the distance from the reflecting portion to the exit pupil is L, and the light enters the reflecting portion. The wavelength range of light is Δλ, the predetermined wavelength selection range is Δλ ′,
The light source device according to claim 6, wherein when a is a << R with respect to a radius R of the exit pupil, the light source device according to claim 6 satisfies the following expression.
Figure 2013041860
前記反射部は、前記光学的パワーを前記回折格子の周期の方向に有していることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。   The light source device according to claim 1, wherein the reflection unit has the optical power in a direction of a period of the diffraction grating. 光源装置を有し、該光源装置からの光を被検査物に照射し、被検査物からの反射光を伝達させる被検査物の測定部と、
前記光源装置からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、
前記被検査物の測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、
を備え、前記光検出部で検出された光を用い、前記被検査物の断層画像を撮像する光断層画像撮像装置であって、
前記光源装置が、請求項1から8のいずれか1項に記載の光源装置によって構成されていることを特徴とする光断層画像撮像装置。
A light source device, irradiating the inspection object with light from the light source device, and transmitting reflected light from the inspection object;
A reference unit that irradiates a reference mirror with light from the light source device and transmits reflected light from the reference mirror;
An interference unit that causes interference between reflected light from the measurement unit of the inspection object and reflected light from the reference unit;
A light detection unit for detecting interference light from the interference unit;
An optical tomographic imaging apparatus that captures a tomographic image of the inspection object using light detected by the light detection unit,
An optical tomographic imaging apparatus, wherein the light source device is configured by the light source device according to any one of claims 1 to 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117347317A (en) * 2023-12-06 2024-01-05 常州微亿智造科技有限公司 Large-depth spectrometer for frequency domain optical coherence tomography system and application thereof
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