JP2015090280A

JP2015090280A - 光検出装置および光システム

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Publication number: JP2015090280A
Application number: JP2013229150A
Authority: JP
Inventors: 奥野　俊明; Toshiaki Okuno; 俊明奥野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-11

Abstract

【課題】波長１.７μｍを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる光検出装置を提供する。【解決手段】本発明の光検出装置は、カットオフ波長が１.７μｍ付近にあるＩｎＧａＡｓベースの第１フォトダイオードと、カットオフ波長が１.８μｍ以上にあるExtended ＩｎＧａＡｓベースの第２フォトダイオードと、光を分岐して前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードに入力させる分岐部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光検出装置および光システムに関するものである。

ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）は、参照光と対象物で生じる後方反射光との干渉を利用して対象物の断層画像を取得することができ、対象物として生体組織（例えば血管）の断層画像を取得して診断に用いることができる。このようなＯＣＴにおいて、波長１.７μｍを含む広帯域光を出力する光源が用いられ（非特許文献２を参照）、また、複数の光源から出力される広帯域光を合波して更に広帯域の光を出力することも行われる（特許文献１，２および非特許文献１を参照）。

特開２００７−２１２４２８号公報特開２００２−２１４１２５号公報

Opt. Express, vol.12, p.2112(2004) Photonics West BiOS 2013 , 8565-15, Session 9

ところで、波長１.７μｍを含む波長帯域は一般には光通信等で使用されていないことから、この波長帯域において使用する光部品は、生産量も品種も少なく高価であり、また、光フィルタ等については特注する必要があることから更に高価である。

光源として複数個のＳＬＤ（Superluminescent Diode）を使用し、そのＳＬＤから出力される光を導光する光ファイバを使用する場合、素子自体の劣化や温度などの外的要因によって各ＳＬＤから出力される光のパワーやスペクトルが変化することが予想される。各ＳＬＤの出力光を分岐部により分岐してモニタリングすることで、必要な波長帯域における光パワーを制御する必要があるが、分岐後にフィルタリングを要するため、上記理由ゆえの高コストが導入障壁となる。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、波長１.７μｍを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる光検出装置を提供することを目的とする。また、このような光検出装置を備える光システムをも提供することを目的とする。

本発明の光検出装置は、カットオフ波長が１.７μｍ付近にあるＩｎＧａＡｓベースの第１フォトダイオードと、カットオフ波長が１.８μｍ以上にあるExtended ＩｎＧａＡｓベースの第２フォトダイオードと、光を分岐して前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードに入力させる分岐部と、を備える。本発明の光検出装置では、前記分岐部が、１.７μｍ以上の波長の光を含み帯域幅が１００ｎｍ以上である光を入力して分岐するのが好適である。

本発明の光検出装置は、前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析して当該解析結果に基づいて他の光部品を制御する制御信号を出力する制御部を更に備えるのが好適である。本発明の光検出装置は、前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析し又は該検出信号を他の装置へ配信する制御部を更に備えるのも好適である。或いは、本発明の光検出装置は、前記第２フォトダイオードの検出帯域の受光パワーから前記第１フォトダイオードの検出帯域の受光パワーを引いて前記第２フォトダイオードのみが感度を有する波長帯域の受光パワーを求める制御部を更に備えるのも好適である。

本発明の光システムは、１または複数のＳＬＤ光源と、前記ＳＬＤ光源から出力された光を検出する上記の本発明の光検出装置と、を備える。或いは、本発明の光システムは、１または複数のＳＣ光源と、前記ＳＣ光源から出力された光を検出する上記の本発明の光検出装置と、を備える。

本発明によれば、波長１.７μｍを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる。

第１比較例の光検出装置４Ａの構成を示す図である。第２比較例の光検出装置４Ｂの構成を示す図である。本実施形態の光システム１の構成を示す図である。光源装置２から出力される光のスペクトルの例を示す図である。本実施形態の光システム１の一部変形例の構成を示す図である。光検出装置３における処理を説明する図である。光検出装置３Ａの構成を示す図である。フォトダイオード３６Ａ〜３６Ｃの感度特性を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、第１比較例の光検出装置４Ａの構成を示す図である。第１比較例の光検出装置４Ａは、分岐部１１、波長可変フィルタ１３およびフォトダイオード１４を備えている。これらの光部品は光ファイバにより光学的に結合されている。この光検出装置４Ａでは、分岐部１１に入力された光のうち一部の光は分岐部１１により分岐されて波長可変フィルタ１３に入力され、この波長可変フィルタ１３に入力された光のうち透過帯域の光は、フォトダイオード１４により受光されてパワーが検出される。波長可変フィルタ１３の透過帯域を変更することで、分岐部１１に入力される光のパワーの波長依存性を検出することができる。

図２は、第２比較例の光検出装置４Ｂの構成を示す図である。第２比較例の光検出装置４Ｂは、分岐部１１、分岐部１２、フィルタ１３Ａ，１３Ｂおよびフォトダイオード１４Ａ，１４Ｂを備えている。これらの光部品は光ファイバにより光学的に結合されている。この光検出装置４Ｂでは、分岐部１１に入力された光のうち一部の光は、分岐部１１により分岐されて分岐部１２に入力され、分岐部１２により２分岐される。分岐部１２により２分岐されて出力された一方の光はフィルタ１３Ａに入力され、このフィルタ１３Ａに入力された光のうち透過帯域の光はフォトダイオード１４Ａにより受光されてパワーが検出される。分岐部１２により２分岐されて出力された他方の光はフィルタ１３Ｂに入力され、このフィルタ１３Ｂに入力された光のうち透過帯域の光はフォトダイオード１４Ｂにより受光されてパワーが検出される。フィルタ１３Ａ，１３Ｂそれぞれの透過帯域を互いに異なるものとすることで、分岐部１１に入力される光のパワーの波長依存性を検出することができる。

これら比較例の光検出装置４Ａ，４Ｂは、光のパワーの波長依存性を検出することができるものの、フィルタを用いる必要があることから、構成が複雑になり、コストが高いという問題を有する。特に、検出すべき光が波長１.７μｍを含む波長帯域である場合には、更にコストが高くなる。

図３は、本実施形態の光システム１の構成を示す図である。本実施形態の光システム１は光源装置２および光検出装置３を備える。光源装置２は、光源２１Ａ〜２１Ｃ、偏波コントローラ２２Ａ〜２２Ｃ、合波部２３および合波部２４を含む。光検出装置３は、偏光ビームスプリッタ３１、カプラ３５、フォトダイオード３６Ａ，３６Ｂおよび制御部３７を含む。これらの光部品は光ファイバにより光学的に結合されているのが好適である。

光源装置２の光源２１Ａ〜２１Ｃは、好適にはＳＬＤ光源またはＳＣ（Supercontinuum）光源である。偏波コントローラ２２Ａは、光源２１Ａから出力された光の偏光状態を調整する。偏波コントローラ２２Ｂは、光源２１Ｂから出力された光の偏光状態を調整する。偏波コントローラ２２Ｃは、光源２１Ｃから出力された光の偏光状態を調整する。合波部２３，２４は、偏波コントローラ２２Ａ〜２２Ｃから出力された光を合波して、広帯域の光を出力する。光源装置２から出力される光は、図４に示されるように、１.７μｍ以上の波長の光を含み帯域幅が１００ｎｍ以上であるのが好適である。

光検出装置３の偏光ビームスプリッタ３１は、光源装置２から出力された広帯域光を入力して、その光のうち特定方位の偏光成分の光をカプラ３５へ出力する。カプラ３５は、偏光ビームスプリッタ３１から到達した光を２分岐して、一方の分岐光をフォトダイオード３６Ａへ出力し、他方の分岐光をフォトダイオード３６Ｂへ出力する。フォトダイオード３６Ａは、カットオフ波長が１.７μｍ付近にあるＩｎＧａＡｓベースのもの（第１フォトダイオード）である。フォトダイオード３６Ｂは、カットオフ波長が１.８μｍ以上にあるExtended ＩｎＧａＡｓベースのもの（第２フォトダイオード）である。

光検出装置３の制御部３７は、フォトダイオード３６Ａ，３６Ｂそれぞれから出力される検出信号を解析して、当該解析結果に基づいて他の光部品（例えば、光源２１Ａ〜２１Ｃ、偏波コントローラ２２Ａ〜２２Ｃ）を制御する制御信号を出力する。制御部３７は、フォトダイオード３６Ａ，３６Ｂそれぞれから出力される検出信号を解析し、又は、該検出信号を他の装置へ配信する。また、制御部３７は、第２フォトダイオード３６Ｂの検出帯域の受光パワーから第１フォトダイオード３６Ａの検出帯域の受光パワーを引いて、第２フォトダイオード３６Ｂのみが感度を有する波長帯域の受光パワーを求める。

なお、図３の構成において、偏光ビームスプリッタ３１に替えて、例えば１０ｄＢの分岐比を有するカプラが用いられてもよいし、図５に示されるように偏光子３２およびカプラ３３が用いられてもよい。また、フォトダイオード３６は、１.８μｍ以上のカットオフ波長を有する他のデバイスであっても良い。例えば、ＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）、ＰｂＳや、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓＳｂからなる多重量子井戸構造デバイスなどが挙げられる。

図６は、光検出装置３における処理を説明する図である。同図に示されるように、フォトダイオード３６Ａ，３６Ｂそれぞれの感度特性は互いに異なる。ＩｎＧａＡｓベースのフォトダイオード３６Ａのカットオフ波長は１.７μｍ付近にある。Extended ＩｎＧａＡｓベースのフォトダイオード３６Ｂのカットオフ波長は１.８μｍ以上にある。１.７μｍより短い波長λ１の光が光検出装置３に入力された場合、フォトダイオード３６Ａの出力電圧値Ｘに基づきＰ_λ１として処理し、また、フォトダイオード３６Ｂの出力電圧値Ｘ’に基づきＰ_λ１’として処理し、Ｐ_λ１’をＰ_λ１として出力表示するためにＸ／Ｘ’倍の演算処理を施す。１.７μｍより短い波長λ１の光および１.７μｍより長い波長λ２の光の双方が光検出装置３に入力された場合、波長λ１の光のみに感度を有するフォトダイオード３６Ａの出力電圧値Ｘに基づきＰ_λ１として処理し、また、波長λ１，λ２の双方の光に感度を有するフォトダイオード３６Ｂの出力電圧値Ｉ＝Ｘ’＋ＹからＹ＝（ＩＸ／Ｘ’−Ｘ）Ｘ’／Ｘなる式によりＹを求め、これをＰ_λ２とする。

このように、フォトダイオード３６Ａ，３６Ｂそれぞれの感度特性の差に対して所要の補正処理を行う。このような補正処理や、スペクトル間の強度差を比較・評価して処理をすることで、制御部の構成が簡便化でき、また、より精度の高い計測が可能になるなどの利点が得られる。

図３の構成において、光検出装置３に替えて、図７に示される光検出装置３Ａが用いられてもよい。図７は、光検出装置３Ａの構成を示す図である。光検出装置３Ａは、分岐部３４、カプラ３５、フォトダイオード３６Ａ〜３６Ｃおよび制御部３７を備える。カプラ３５は、分岐部３４により分岐されて到達した光を３分岐して、第１の分岐光をフォトダイオード３６Ａへ出力し、第２の分岐光をフォトダイオード３６Ｂへ出力し、第３の分岐光をフォトダイオード３６Ｃへ出力する。フォトダイオード３６Ｃは、フォトダイオード３６Ａ，３６Ｂとは異なる感度特性を有するもので、例えば、より短波長側に感度を有するＳｉベースのもので、カットオフ波長は１.１μｍ付近である。図８は、フォトダイオード３６Ａ〜３６Ｃの感度特性を示す図である。

本実施形態によれば、高価なフィルタを用いる必要がなく、波長１.７μｍを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる。

１…光システム、２…光源装置、３…光検出装置、１１…分岐部、１２…分岐部、１３，１３ａ，１３ｂ…フィルタ、１４，１４ａ，１４ｂ…フォトダイオード、２１Ａ〜２１Ｃ…光源、２２Ａ〜２２Ｃ…偏波コントローラ、２３，２４…合波部、３１…偏光ビームスプリッタ、３２…偏光子、３３…カプラ、３４…分岐部、３５…カプラ、３６Ａ〜３６Ｃ…フォトダイオード、３７…制御部。

Claims

カットオフ波長が１.７μｍ付近にあるＩｎＧａＡｓベースの第１フォトダイオードと、
カットオフ波長が１.８μｍ以上にあるExtendedＩｎＧａＡｓベースの第２フォトダイオードと、
光を分岐して前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードに入力させる分岐部と、
を備える光検出装置。
前記分岐部が、１.７μｍ以上の波長の光を含み帯域幅が１００ｎｍ以上である光を入力して分岐する、請求項１に記載の光検出装置。
前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析して当該解析結果に基づいて他の光部品を制御する制御信号を出力する制御部を更に備える請求項１または２に記載の光検出装置。
前記第１フォトダイオードおよび前記第２フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析し又は該検出信号を他の装置へ配信する制御部を更に備える請求項１または２に記載の光検出装置。
前記第２フォトダイオードの検出帯域の受光パワーから前記第１フォトダイオードの検出帯域の受光パワーを引いて前記第２フォトダイオードのみが感度を有する波長帯域の受光パワーを求める制御部を更に備える請求項１または２に記載の光検出装置。
１または複数のＳＬＤ光源と、
前記ＳＬＤ光源から出力された光を検出する請求項２に記載の光検出装置と、
を備える光システム。
１または複数のＳＣ光源と、
前記ＳＣ光源から出力された光を検出する請求項２に記載の光検出装置と、
を備える光システム。