JP5704841B2 - 光源装置及びこれを用いた撮像装置 - Google Patents

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これを用いた撮像装置に関する。

近年、通信ネットワークの分野や検査装置の分野等で、発振波長を可変とする光源装置について、波長掃引速度の高速化と掃引帯域の広帯域化が要望されてきている。

検査装置の一例として、光干渉を用いて検体の断層像を撮像する光干渉トモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下、「ＯＣＴ」ともいう。）装置があり、無侵襲性等の理由から医用分野における研究が近年、盛んになってきている。

波長掃引光源を用いる波長掃引型光干渉トモグラフィー（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、分光器を必要とし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。

ＳＳ−ＯＣＴ装置においては、波長掃引速度が大きいほど像取得時間を短縮できると共に、生体の不可避的な動きの影響を抑制した生体観察が可能となることから波長掃引速度の高速化が望まれる。

また、波長の掃引帯域が広いほど断層像の空間解像度を高めることが可能となるため、広帯域化も望まれるところである。

ここで、断層像の深さ方向の分解能は、波長掃引幅をΔλ、発振波長をλ０、として以下の式（１）で表される。

したがって深さ分解能を高めるためには波長掃引幅Δλの拡大が有用となる。

こうした中、ＳＳ−ＯＣＴ装置に用いる光源として、主に通信分野で使用される帯域にて検討されてきた共振器中の屈折率の波長分散（以下、単に「分散」ともいう。）を利用して波長可変を行う分散チューニングの適用が非特許文献１に開示されている。

この分散チューニングでは共振器の自由スペクトル間隔（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ ：以下「ＦＳＲ」ともいう。）が波長依存性を持っていることを用いて、能動モード同期状態での発振波長を制御する。つまり、能動モード同期を生じせしめる変調信号の周波数を変化させることで波長掃引行うことから、変調信号の周波数を高速に変化させることで、高速な波長掃引が可能となる。

ここで、自由スペクトル間隔は、共振器内を周回する光に対する共振器モードの周波数間隔を示す。自由スペクトル間隔（ＦＳＲ）は真空中の光速をｃとし、共振器が持つ屈折率をｎ、共振器長をＬとしたとき以下の式（２）で表される。

また、非特許文献１は、分散チューニングによる波長掃引範囲Δλは以下の式で表わされるとしている。

一方、複数の位置に同期してレーザ光を照射するレーザ装置として、一つのマスターレーザより出射される光を複数の増幅器に導入して、複数の出力ヘッドを同期制御することが特許文献１に開示されている。

米国特許第７，４４３，９０３号明細書

Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ， ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔ．Ｅｘｐ． Ｖｏｌ．１４， ｐｐ．９２９９（２００６）

非特許文献１に開示された能動モード同期による分散チューニング方式では変調信号の周波数を高速に変化させることで波長掃引速度を高めることが可能であるものの、波長掃引範囲は共振器を構成する半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：以下、「ＳＯＡ」ともいう。）に依存することから掃引範囲の広帯域化は制約を受ける。

特許文献１は、同一のマスターレーザに結合した複数の増幅器を介して、複数の出力ヘッドより同期した光を出力するレーザ装置を開示するものの、出力光の波長を掃引するという思想はない。

本発明は、広帯域にわたる波長掃引を高速に行い得る光源装置を提供することを目的とする。

本発明により提供される光源装置は、第１の光共振器を備えたレーザ発振器と、該第１の光共振器に入力部が互いに並列に接続された複数の第２の光共振器と、該第２の光共振器の出力部を介して光を取出す光取出し部と、該光取出し部を経由した光を合波する合波部と、を備え、前記複数の第２の光共振器を経由した光を前記合波部より出射する光源装置であって、前記複数の第２の光共振器内にはそれぞれ、屈折率分散を有する光学部材と、光増幅媒体と、が配されており、該光増幅媒体が、互いに異なる最大利得波長を有することを特徴とする。

本発明の光源装置では、第１の光共振器を備えたレーザ発振器に、屈折率分散を有する光学部材と光増幅部材とを内部に備えた複数の第２の光共振器が互いに並列に接続されており、複数の第２の光共振器を経由した複数の光を合波部を介して出力する。各第２の光共振器内には互いに異なる最大利得波長を有する光増幅媒体が備わり、第２の光共振器の複数を経由した複数の光を合波して出力することから広帯域の波長掃引が可能となる。また、屈折率分散を有する光学部材を用いることから分散チューニングにより、高速な波長掃引が可能となる。

本発明の実施の形態の一例を示す模式図 本発明の装置に適用可能な光増幅器の特性の例を示すグラフ 本発明の装置における波長掃引の例を示す模式図 本発明の装置に適用可能な光取出し部の特性の例を示すグラフ 本発明の装置の一例を示す模式図 本発明の装置における波長掃引の例を示す模式図 本発明の装置における波長掃引の例を示す模式図 本発明の装置の一例を示す模式図 本発明の装置の一例を示す模式図 本発明の装置に適用可能な光増幅器の特性の例を示すグラフ 本発明の装置における波長掃引の例を示す模式図 本発明の装置における波長掃引の例を示す模式図 本発明の装置の一例を示す模式図 本発明の装置の一例を示す模式図 本発明の装置を適用したＯＣＴ装置の模式図 本発明の装置を適用したＯＣＴ装置の模式図 本発明の装置を適用したＯＣＴ装置の模式図

以下、図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の光源装置の一例を示す模式図である。

図１に示した光源装置１００は大別すると、第１の光共振器１５を備えたレーザ発振器１０１と、第１の光共振器１５に入力部（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ）が互いに並列に接続された複数の第２の光共振器（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）と、第２の光共振器の出力部（１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ）より光を取出す光取出し部（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）と、光取出し部を経由した複数の光を合波する合波部１０９と、を含んで構成されている。

レーザ発振器１０１は、光を増幅させる光増幅媒体１３を一対の光共振器１５間に配して構成され、光出射面をなす光共振器１５の一端は、複数の光導波路（１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ）を介して第２の共振器の入力部（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ）に接続されている。

第２の光共振器内（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）には、屈折率分散を有する光学部材としての光導波路（１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ）と、光増幅媒体（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）と、必要に応じて設けられる光アイソレータ（１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ）と、が配されている。

第２の共振器は、入力部を構成する入力カップラ（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ）と出力部を構成する出力カップラ（１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ）とを含み、これらのカップラと導波路（１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ）とが光学的に結合してリング共振器を構成している。

光アイソレータはリング共振器内の光を一方向に周回させることで、光増幅媒体内に生ずる定在波により発生するゲインの空間分布の抑制を目的として導入してある。

ここで、光増幅媒体（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）として電流駆動の半導体光増幅器（ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））を用いて説明する。

ＳＯＡは、基本的に半導体レーザと同等の構造をもつ光源兼光増幅媒体である。但し、共振器構造をもたないように、端面での反射を抑えた構造をとっていることが半導体レーザと異なる点である。

図１に示した光源装置では、レーザ発振器１０１に複数の共振器（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）を並列に接続して構成されている。

レーザ発振器１０１内で生じた光は、第２の共振器を構成する複数の光増幅媒体に入射することで、複数の共振器内の光増幅媒体のゲイン（利得）を変動させ、周期的なゲイン変動により複数の共振器内でモードロックが生ずる。この点に鑑みてレーザ発振器１０１をマスターレーザ、複数の共振器（１５０Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ）をスレーブレーザとして捉えることもできる。それ故、以下の説明では、マスター及びスレーブという表現をも用いる。

本発明の光源装置では第２の共振器を構成する複数の光増幅媒体は、図２に示すように、異なる最大利得波長（ゲインスペクトルピーク波長）を有し、且つその利得帯域（ゲインスペクトル）の一部が互いに重複するように構成することが好ましい。

その理由は、複数のスレーブより出射される光の列で構成される帯域を互いに異なる帯域とし、これらをつなぎ合わせて得られる総合的な波長掃引範囲を広帯域化するとの、波長掃引帯域内に発振しない大きな帯域がないようにするためである。

レーザ発振器１０１は、パルス発振をするレーザ光源を採用できる。このようなレーザとしては、例えばゲインスイッチング動作をする半導体レーザ、モード同期レーザ等を挙げることができる。

本発明の光源装置では、第１の共振器を備えたレーザ発振器１０１で発生させたパルスを第２の共振器の複数に入射させて、第２の共振器を構成する光増幅媒体に対して相互利得変調をかける。

これにより複数の第２の共振器内では、各々分散チューニングによるモードロックがかかり、変調信号に応じて各共振器内で波長の異なる光（発振周波数が異なる光）が発生する。複数の第２の共振器内で発生した波長の異なる光は光取出し部（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）より取出され、合波部１０９で合波して出射される。

本発明の光源装置では、複数の第２の共振器内における波長掃引帯域を異なるものとし、これを合波して出射すると共に、分散チューニングによる変調信号に応じて発振波長を可変とすることから広帯域、かつ高速な波長掃引が可能となる。

本発明の光源装置では、レーザ発振器（マスターレーザ）の発振波長は複数の第２の共振器（スレーブレーザ）を構成する光増幅媒体が有する増幅帯域内の波長かもしくはそれよりも短い波長であることが好ましい。マスターレーザで発生した光パルスによりスレーブレーザ内の光増幅媒体に相互利得変調をかけるためである。

複数の第２の共振器（スレーブ）を構成する光増幅媒体はＤＣ電源により駆動され、ここにマスターレーザからのパルス光が注入されると、光増幅媒体が有する利得（ゲイン）が該光パルスにより消費され、利得（ゲイン）が低下する。つまり、マスターレーザからの光パルスによってスレーブレーザの利得（ゲイン）が変調されることとなる。

以下、説明するモード同期発振では共振器に何らかの変調を与えることで縦多モード発振を実現する必要があるが、その変調手段として本発明ではマスターレーザからの光パルスによるスレーブ共振器内のゲイン変調を用いる。

次に、レーザの能動モード同期動作および分散チューニングについて説明する。

能動モード同期発振とは、複数の共振器モードを同時に励振し（縦多モード発振）、これらの位相関係を一定にするときにレーザが高周波パルス発振動作をするものである。

縦多モード発振及びモード間の位相関係確定のために、典型的にはレーザの光学系内に非線形性を持たせると共に何らかの光変調器を導入する。

例えば、光変調器が透過率制御型の光変調器である場合、光変調器で高周波に透過率を変動させることで、始めに励振された共振器モードの低周波側及び高周波側に側帯波（サイドバンド）を励振する。

光変調器から印加される周波数をω’とするとき、当初励振された共振器モードの周波数をω０として、サイドバンドはω０±ω’の周波数で励振される。

このときω’が共振器モード間隔またはその整数倍に等しいとすると、前記サイドバンドがω０の隣の共振器モードを励振する。このように共振器モード同士が互いにサイドバンドを通して励起しあい、縦多モード発振が可能となる。

また、共振器内に光増幅器や非線形媒質、もしくは光変調器そのものなどが持つ非線形性を導入することでモード間相互作用が生じ、モード間の位相関係が確定する。その結果、レーザはパルス列を発振し出力するようになる。

このように外部から共振器に変調を加え、強制的にモード同期状態を発生させるのが能動モード同期である。本発明では、共振器外部にあるマスターレーザから光パルスを共振器内の光増幅器に導入して、スレーブ共振器のゲインを変調することでモード同期を行う。

複数のスレーブ共振器を有するレーザ装置において、各スレーブ共振器のゲインを個別に（電気的に）制御する場合にあっては、各スレーブの光パルス発生のレートを揃えること、更に、その他動作を正確に同調させて行うのは、容易なことではない。まして、その変調周波数がＧＨｚ帯であるならば尚更である。

そこで、本発明の装置では、スレーブ同士（複数の第２の共振器間）の同調を外部より光パルスを分岐させて並列的に複数のスレーブに導入することで得る。

この手法を採用すると、導入するパルスの周波数とスレーブの駆動周波数が原理的に一致するため、全てのスレーブにおいて、光パルスの発生レートが等しくなり、且つ同一タイミング、同一速度での波長掃引が可能となる。

モード同期の周波数としては、例えば、複数の第２の共振器（各スレーブ）の長さを２００ｍ、屈折率を約１．５とすると、スレーブ共振器の光学的周回長は３００ｍ程度となり、この中を伝搬する光は約１ＭＨｚで共振器内を周回することになる。

従ってこの共振器の共振器モード間隔（自由スペクトル間隔（ＦＳＲ））も約１ＭＨｚとなる。

そこで光変調器の駆動周波数を１ＭＨｚもしくはこの整数倍に設定するとモード同期が得られる。この状態では繰り返し周波数が１ＭＨｚの整数倍のパルス列が発生する。実際にはモード同期動作の安定化のため、繰り返し周波数の１００から１０００倍程度で用いることが好適である。したがって、１００ＭＨｚから１ＧＨｚ程度でモード同期の為の変調を行うことになる。

次に分散チューニングについて説明する。

分散チューニングとは、上述のモード同期を掛けるレーザの共振器の屈折率が波長依存性を持つ場合、その結果として該共振器の有するＦＳＲが波長依存性を持つことを用いて能動モード同期レーザの発振波長を変化させる動作方法である。

上述のとおり、能動モード同期は発振周波数帯において光共振器が有するＦＳＲまたはその整数倍の変調を掛けることで実現可能だが、分散チューニングにおいてはＦＳＲが波長依存性を持つため、変調周波数を変化させることでモード同期の発振波長を変化させるのがその原理である。

つまり、本発明においては、スレーブの能動モード同期を得る為にマスターレーザより導入する光パルスの繰り返し周波数（これは光パルスをスレーブに導入する周波数とも言い換えることができる）を変化させることで、スレーブ内の光増幅器の利得（ゲイン）変調の周期が変化し、これによりモード同期状態での発振波長が変化する。

ここで、一つのマスターレーザより複数のスレーブ（第２の共振器）に同時にパルスを導入して、各スレーブがモード同期発振する状況を考える。

各スレーブの光導波路の群屈折率が波長依存性を持っている場合、上述のとおりマスターレーザからのパルスによって各スレーブで能動モード同期が掛かり、マスターレーザからのパルス注入の周波数を変化させることで、各スレーブから取出される光パルスの中心周波数も各スレーブで変化する。

このとき、マスターレーザからのパルス注入の繰り返し周波数ｆ０の変化、つまり能動モード同期の為の変調周波数を変化させる場合、全てのスレーブにおいて同じｆ０に対して能動モード同期がかかるためには、まず全てのスレーブが同じ能動モード同期周波数を持つ必要がある。

このためには全てのスレーブにおいてＦＳＲが等しいことが条件となる。つまり、各スレーブを構成する共振器の屈折率をｎ（ν）、共振器長をＬとするとき、以下の式（４）が各スレーブで互いに等しいことが条件となる。

繰り返し周波数ｆ０の変化に対して各スレーブで発生する光パルスの波長の変化量、正確には光の中心周波数の変化量が全てのスレーブにおいて揃っていることも好適である。この条件が満たされているときにはどのスレーブからも同じ波長掃引速度の光パルス列が発生することになり、この条件を満たすと、例えばＯＣＴ装置用光源として好適となる。

それは、以下の式（５）で表される自由スペクトル間隔（ＦＳＲ）の周波数依存性が各スレーブ間で互いに等しいことが条件となる。

また、本発明の光源装置を動作させ、全てのスレーブからの光パルスを用いて発振波長が時間と共に掃引される光パルス列を効果的に生成するためには、各スレーブからのパルスの取出し方及び合波方法を工夫することが好ましい。

こうした光源装置としては、以下の形態を採用することができる。

＜（１）第２の共振器（スレーブ）のうち一つだけに能動モード同期が掛かる形態＞
マスターレーザからパルスの繰り返し周波数ｆ０で光パルスを各スレーブに注入する。

分散チューニング方式において、共振器の分散パラメータをＤ、光速をｃ、共振器内の屈折率をλとして、λ＝λ０の周りでテーラー展開すると以下の式（６）が得られる。

ここで、第一項を

と書き、スレーブに導入する光パルスの周波数をｆｍ、さらにｆｍ０＝Ｎ×ＦＳＲとする。ここでＮはモード同期の次数である。

これらのパラメータを用いると、分散モード同期時のスレーブの発振波長は以下の式（７）で表される。

ここでＬはスレーブの共振器長である。

さらに、あるスレーブにおいて能動モード同期発振が可能なのは波長λｍであるが、実際に発振が生じるためにはこのλｍが光増幅媒質の帯域内である必要がある。

したがって複数のスレーブのうち注目しているスレーブのみで発振が生じ、その他のスレーブで発振を生じさせないためには、マスターレーザの繰り返し周波数ｆｍに対して注目するスレーブのみλｍが当該スレーブのゲイン帯域内に存在し、その他のスレーブではλｍがゲイン帯域の外にある状態とすることが好適である。

これは、式（７）中の各パラメータを適宜設定してやることで可能となる。

こうしたパラメータ設定により、複数のスレーブのうち発振しているのはいかなる時刻においても一つのスレーブだけという状態が得られる。

また、光源装置の設計をし易くする観点から、各スレーブの受け持つ波長掃引範囲もしくは光増幅媒体の増幅波長帯域をほぼそろえておくことも好適である。

次数Ｎのモードと次数Ｎ＋１のモード間の波長間隔Δλｍは以下の式（８）で表される。

したがって、スレーブの数をＭ個としたとき、上記Δλｍが各スレーブで受け持つ波長掃引範囲もしくは光増幅媒体の増幅波長帯域のＭ倍としておくことも、ある発振周波数ｆｍにおいて一つのスレーブのみに能動モード同期がかかるためには好適である。

＜（２）各スレーブに同時に能動モード同期を掛けゲートで間引く形態＞
マスターレーザからパルスの繰り返し周波数ｆ０で光パルスを各スレーブレーザに注入する。本形態では、この状況で各スレーブレーザには夫々能動モード同期が掛かるものとする。

この状態でｆ０を変化させると、各スレーブで発振している光パルスの中心周波数も変化する。したがって、各スレーブからはそれぞれ波長掃引した光パルスが取り出されることになる。例えば、スレーブ１からは波長λ１１からλ１２の光パルスが取出され、スレーブ２からは波長λ２１からλ２２の光パルス、スレーブ３からはλ３１からλ３２の光パルスがそれぞれ取出される。

こうして各スレーブから取出したパルスを、適切なゲート機構を用いた後に合波することで、合波後の光パルスを、ＳＳ−ＯＣＴ用光源として適切な波長掃引パルス列にすることができる。

図３に各スレーブにおけるパルスの波長関係の例を示す。図３に示すようにλ１１、λ１２、λ２１、λ２２、λ３１、λ３２の波長関係にあるとき、波長掃引をλ１１⇒λＡ⇒λＢ⇒λ３２の順に行う。

ここで、図１に示したスレーブレーザ１５０Ａに接続された光取出し部としてのゲート１０６Ａは、スレーブ１５０Ａより波長λ１１からλＡまでのパルスを取出す間はＯＰＥＮになっていて、その他の時間はＣＬＯＳＥとなるように動作させる。

同様に、スレーブレーザ１５０Ｂに接続されたゲート１０６Ｂは、スレーブ１５０Ｂより波長λＡからλＢのパルスを取出す間はＯＰＥＮ、他の時間はＣＬＯＳＥとなるよう動作させる。同じくスレーブ１５０Ｃについてもゲート１０６Ｃは、スレーブ１５０Ｃより波長λＢからλ３２のパルスを取出す間はＯＰＥＮ、他の時間はＣＬＯＳＥとなるよう動作させる。

このような動作をさせるためには、マスターレーザより出射されるパルス周波数と、各スレーブレーザで発振するパルスの中心周波数と、の対応関係が予めわかっていることが好ましい。この場合、例えば、光源制御装置１７０から、マスターレーザ１０１に対してマスターレーザ１０１のパルスの繰り返し周波数ｆ０を制御する信号を出すのと同時に、各スレーブのゲート１０６Ａ乃至１０６Ｃに対してゲートをＯＰＥＮないしはＣＬＯＳＥする制御信号を送出すればよい。

ゲートの機構としては例えば高速に動作が可能な電気光学変調素子（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）などが好適である。また、マスターレーザからの注入パルスの繰り返し周波数ｆ０の変化によって各スレーブの発振周波数が変化するまでにタイムラグが生じる場合には、各ゲートに対して適宜遅延させた信号を光源制御装置から送出すればよい。

ここで、スレーブを３つとする場合、例えば上記ゲートの各々を、各スレーブが波長掃引する際に３回掃引するごとにそのうちの１回分の掃引分だけを透過させるようにゲートを制御することも可能である。

例えば、光増幅器（１０３Ａ乃至１０３Ｃ）から合波カップラ１０９までの光学的距離を等しくしておき、かつゲート（１０６Ａ乃至１０６Ｃ）から合波カップラ１０９までの光学的距離も等しくしておく。

ここで、各スレーブ（１５０Ａ乃至１５０Ｃ）の波長掃引に対して、各ゲート（１０６Ａ乃至１０６Ｃ）の制御を、マスターレーザの繰り返し周波数ｆ０の掃引に対して一回目の掃引時にはゲート１０６ＡのみがＯＰＥＮ、２回目の掃引時にはゲート１０６ＢのみがＯＰＥＮ、３回目の掃引時にはゲート１０６ＣのみがＯＰＥＮになるように行う。

こうすると合波カップラ１０９で合波後の光パルスはλ１１からλ３２まで逐次掃引さる光パルス列が生成できる。

このような動作のためにはマスターレーザ１０２の繰り返し周波数の変化が各スレーブの光増幅器に伝搬し、その結果、各スレーブでの発振波長が変化し、変化した発振波長の光パルスが出力カップラを通して合波カップラ１０９まで伝搬するという経路を考慮すると、以下のようにすることが考えられる。

即ち、第２の共振器の各々について、マスターレーザ（レーザ発振器）から光増幅媒体までの光学的光路長と光増幅媒体から合波カップラ（合波部）までの光学的光路長の和が等しければよいことになる。

また、図４に示すように、ゲート１０６Ａとして波長λ１１からλＡまでを透過するバンドパスフィルタを用い（透過率スペクトル４０１）、ゲート１０６Ｂとして波長λＡからλＢまでを透過するバンドパスフィルタ（透過率スペクトル４０２）、ゲート１０６Ｃとして波長λＢからλ３２までを透過するバンドパスフィルタ（透過率スペクトル４０３）を用いることも可能である。

この場合、各スレーブに接続されるバンドパスフィルタにより各スレーブでの発振波長の重複を防ぐことが可能であり、レーザ出力の安定性やノイズ抑制の観点から好適である。

＜（３）間引かずに各スレーブレーザのパルスを分割する形態＞
上述したパルスを間引く手法の他に、光回路をスイッチングして光パルスを別の導波路に送り込む手法も採用できる。

図５に、こうした手法を採用する光学装置の例を示した。図５では、図１におけるゲート１０６Ａ乃至１０６Ｃよりも出射側の光学系を部分的に示している。

尚、以降の説明では、原則、各図における同一の部位には同一の符号を付すようにし、重複した説明はなるべく避けることとする。

図５において光導波路５１５（Ａ、Ｂ、Ｃ）、５１６（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び５１７（Ａ、Ｂ、Ｃ）ついて、各々光路長は等しいものとする。

以下、動作例について説明する。

ゲート１０６Ａより取出した光パルスを三分岐の光導波路５１５（Ａ、Ｂ、Ｃ）へ導入する。ゲート１０６Ａは、ここでは光導波路５１５（Ａ、Ｂ、Ｃ）のどの導波路に光を導入するかを制御するスイッチング素子である。

ゲート１０６Ａにおいて、スレーブ１５０Ａにおける発振波長の掃引に合わせ、１回目の繰り返し周波数掃引時には光導波路５１５Ａに光を導入し、２回目の掃引時には光導波路５１５Ｂに、３回目の掃引時には光導波路５１５Ｃに光を導入する制御をする。

同様にゲート１０６Ｂにおいては、１回目の掃引時には光導波路５１６Ｃに、２回目の掃引時には光導波路５１６Ａに、３回目の掃引時には光導波路５１６Ｂに光を導入する。

ゲート１０６Ｃでは、１回目の掃引時には光導波路５１７Ｂに、２回目の掃引時には光導波路５１７Ｃに、３回目の掃引時には光導波路５１７Ａへ光を導入する。

こうした状態で、合波カップラ１０９（Ａ、Ｂ、Ｃ）においては、中心波長が時間と共に掃引される光パルスが生成されるので、このままの状態で各々の合波カップラからの出力を単独で用いてＯＣＴ装置用光源とすることも使用可能である。

さらには、これら３つ（複数）の合波カップラ（合波部）からの出力を、測定物の複数の場所に同時にビームを照射する形態のマルチビーム型ＯＣＴ装置用の光源として使用することも可能である。

このような形態を採用すると高速にＯＣＴ撮像が可能になる。

＜（４）掃引をＮ分の１に間引く形態＞
マスターレーザのパルス発生の繰り返し周波数ｆ０を掃引する際の方式として、図６に示すようにＴ毎（時間毎）に繰り返し掃引を連続的に行うのではなく、図７に示すようにスレーブの数Ｎに応じて、Ｎ周期に一回の掃引を行う方式も採用可能である。図７ではＮ＝３として、３回に１回の割合で波長掃引がなされる。

本形態の装置例を図８に示す。図８の装置は、図１の装置におけるゲート１０６（Ａ、Ｂ、Ｃ）に代えて遅延機構８０６（Ａ、Ｂ、Ｃ）を備えている点が図１に示した装置との主たる相違点である。

図８の装置では、出力カップラ１１６（Ａ、Ｂ、Ｃ）より合波カップラ１０９に至る光導波路の長さを、夫々異ならせておく。

例えば、マスターレーザ１０１の繰り返し周波数ｆ０の掃引周期に対応する時間をＴとするとき、出力カップラ１１６Ａから合波カップラ１０９に光パルスが到達するまでの時間よりもＴ遅れて、出力カップラ１１６Ｂから合波カップラ１０９に光パルスが到達し、更にＴ遅れて出力カップラ１１６Ｃから合波カップラ１０９に光パルスが到達する。こうなるような光学的遅延を遅延機構８０６（Ａ、Ｂ、Ｃ）で与えればよい。

遅延機構としては、単純に光学的長さがＶｇＴ分ずつだけ異なるような導波路を用いても良いし（ｖｇは群屈折率）、あるいは光路長可変のディレイライン等を採用しても良い。

こうした遅延機構はマスターレーザから各スレーブに導入される経路の途中に設けることも可能である。

本形態の間引き動作のためには、マスターレーザ１０１の繰り返し周波数の変化が各スレーブ内の光増幅器に伝搬、各スレーブでの発振波長が変化し発振波長の変化した光パルスが出力カップラを通して合波カップラ１０９まで伝搬する経路を考慮する必要がある。

この点を勘案すると、マスターレーザ１０３から光増幅器１０３（Ａ、Ｂ、Ｃ）までの光学的光路長と光増幅器から合波カップラ１０９までの光学的光路長の合計の長さについて、各スレーブ間で上述のＶｇＴ分の差異があることが条件となる。

このような光学系の構成にすれば高速な切り替えスイッチングなども必要なくなるので簡便な構成を取ることが可能である。

この構成においては、例えばスレーブ内に、可飽和吸収体や音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ： ＡＯＭ）など、パルスを安定化させる機構を挿入することもできる。この場合、マスターレーザからのパルス注入によりスレーブにおいて安定的なパルス発振が望まれる。

また、繰り返し周波数を掃引していない時間帯には、マスターレーザやスレーブレーザーの出力をｏｆｆにすることもできる。

こうすることで、マスターレーザからのパルスの繰りかえし周波数が掃引されていない間にスレーブ内の増幅された自然放出（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ： ＡＳＥ）成分から連続発振（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ： ＣＷ）光の発振やＡＳＥによるノイズ成分の増大を抑制可能となる。これによりノイズが抑えられた光源として動作可能である。

＜光源装置を構成する部材等についての説明＞
本発明の第１の共振器を備えたレーザ発振器は、パルス光を生ずるレーザ光源を採用することができる。

パルス光を得る手法としては、レーザ共振器の利得や損失を制御して蓄えたエネルギーを放出させる利得スイッチングや、Ｑスイッチング動作するレーザの他、他モード発振におけるモード間の位相を固定するモード同期レーザ等を挙げることができる。

利得スイッチング半導体レーザは、発振閾値よりも低いレベルの直流バイアス電流に大きな振幅の電流パルスを重畳させて急速に発振状態を得る半導体レーザである。

モード同期半導体レーザとしては、上述した能動モード同期レーザの他、可飽和吸収体等を用いた受動モード同期レーザ、能動モード同期と受動モード同期を併用したハイブリッドモード同期レーザ等を採用することができる。

本発明の第２の共振器（スレーブ）は、上述したリング共振器の他、直線型共振器やσ型共振器等を採用することができる。リング共振器は、光ファイバーを用いた共振器の他、スラブ導波路、ミラーを用いて空中や真空中を光が伝播する光学系を用いたもの等を採用することができる。

直線型共振器としては、一対の平行平面を備えた光共振器（所謂、ファブリー・ペロー共振器）や、光ファイバーの端面をミラーとして直線状とした共振器等を挙げることができる。

ここで図１４を参照して直線型（リニア型）の共振器を用いて構成した装置例を説明する。

図１４の装置は、リング共振器（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）に代えて直線状の共振器（１５１Ａ、１５１Ｂ、１５１Ｃ）を用いている点がこれまで説明した装置との主たる相違である。

図１４においては、各スレーブ共振器は、両端に光ファイバの終端部を反射ミラーとしたミラー終端ファイバ１４１１Ｇと１４１１Ｈを配し、これら反射ミラー間に入力カップラ（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ）、出力カップラ（１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ）、光増幅器（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）、及び屈折率分散ファイバ（１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ）を配して構成されている。

各スレーブ（１５１Ａ、１５１Ｂ、１５１Ｃ）で発生した光は光取出し部（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）及び合波カップラ１０９を介して出射される。尚、アイソレータ（１４４０Ａ、１４４０Ｂ、１４４０Ｃ）と注入光カットフィルタ１４２０は必要に応じて設けられる部材である。

第２の共振器（スレーブ）の個数は、これまで３つの例で説明してきたが、複数であれば個数が特に限定されるものではない。しかし光源装置の大きさ、制御のし易さ等を考慮すると第２の共振器の数は、一般的には２以上２０以下の範囲とされ、より好ましくは３以上１０以下、最適には３以上５以下とするのが好ましい。

第２の共振器内に配される屈折率分散を有する光学部材は、光ファイバーや導波路で構成することができる。本発明において、当該光学部材が有する屈折率分散の分散値は、負（−）のものから正（＋）のものまで、採用する光増幅媒体、得ようと掃引速度、掃引波長範囲等を考慮して適宜、所定の分散値のものを採用することができる。

これまで光増幅媒体として半導体光増幅器（ＳＯＡ）を例に説明したが、この他、光増幅媒体としては、エルビウムやネオジウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。

希土類添加光ファイバは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増す。

半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、共振器型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。

第２の共振器の入力部と出力部は、共振器を光ファイバを用いて構成した場合にはファイバカップラ等で構成することができ、共振器を光ファイバ以外の部材を用いて構成した場合には、ハーフミラー等で構成できる。

第２の共振器の出力部より光を取出す光取出し部は、光変調器、光スイッチ、等を採用することができる。これまでの説明や本願の図では、光取出し部はスレーブに対応して個別に設けられた例を挙げているが、光取出し部は集合的に光取出しを行なう１つのユニットで構成することもできる。

光変調器の例としては高速変調が可能な導波路型変調器が挙げられ、具体例としては、電気光学効果（ポッケルス効果）を用いたＬＮ強度変調器（ＬｉＮｂＯ_３基板使用）や電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）が挙げられる。ＬＮ強度変調器では、干渉計を備えた構成で一方の光路の屈折率を変化させて得られる干渉状態の変化により光のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うもので、高速制御に優れている。

電界吸収型光変調器は、電界印加により半導体の吸収端がシフトすることを利用した強度変調器であり、小型で低電圧動作が可能である。

光スイッチの例としては光の経路を切り替える光路変換スイッチと単に光の透過をＯＮ／ＯＦＦ制御するゲートスイッチの両方を採用することができる。

光路変換スイッチとしては１×２光スイッチ、１×３光スイッチの他、１×２の分岐の導波路を多段に組み合わせた１×Ｎのスイッチングデバイス等が挙げられる。

光スイッチは動作の仕方で分類すると機械的に光路を切り替える機械型光スイッチ、電子的に切り替える電子型光スイッチ、光で光路を切り替える全光型光スイッチに分けられ、何れも採用することができるが、高速動作という観点からは、電子型光スイッチ、全光型光スイッチが好適である。

電子型光スイッチとしては、電気光学効果を利用したＬＮ光スイッチ、磁気光学効果を用いた磁気光学光スイッチ、音響光学効果を利用した音響光学変調器、をゲートとして用いるスイッチ等が挙げられるが、動作速度と高いオン／オフ比の観点から電気光学効果を利用したＬＮ光スイッチが好適である。

全光型光スイッチは、非線形光学効果を利用して光制御による超高速なスイッチングを可能とするものでピコ秒以下の制御が可能である。

光取出し部を経由した光を合波する合波部は、光カップラ（光結合器）で構成され、空間型、光ファイバ型、平面導波路型に大別される。空間型としてはビームスプリッタ（ハーフプリズム）を光結合器として用いる形態が挙げられる。

光ファイバ型としては複数本の光ファイバのコアを近づけた光ファイバカップラや、複数の光信号を１本の光ファイバに合波するマルチプレクサが、平面導波路型としては基板上に形成された結合器等が挙げられる。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。

図９に本例の光源装置を示す。図９に示した装置は、図１の装置に類似するものである。

図９に示した光源装置は、駆動装置９３３を介して駆動されるマスターレーザ１０１に、スレーブ共振器（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）が光学的に結合されて構成されている。

光学的結合には導入導波路として機能する長さ１ｍの偏波保存ファイバ（１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ）と、ファイバカップラで構成された入力カップラ（１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ）と、を用いている。９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃはアイソレータであり、各スレーブからの戻り光がマスターレーザ１０１に入射しマスターレーザの動作の不安定化を防ぐため挿入されている。

各スレーブ共振器（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）は、屈折率が波長分散を持つ偏波保存ファイバ（透過波長帯域１０００ｎｍから１１００ｎｍ）を用いてリング共振器をなし、その共振器長は１００ｍに設定されている。

各スレーブ共振器（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）にはアイソレータ（１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ）と、半導体光増幅器（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）とが、それぞれ配置され、各半導体光増幅器は駆動装置（９２７Ａ、９２７Ｂ、９２７Ｃ）によって駆動される。

半導体光増幅器（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）には、各増幅器が有する利得帯域（増幅帯域）が図１０の増幅率スペクトル１００１、増幅率スペクトル１００２、増幅率スペクトル１００３を示す、帯域が互いに一部重複するものを用意した。

マスターレーザ１０１からのパルス光入射が無い状態では光増幅器（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）の増幅率が時間的に一定となるように、光増幅器は、駆動装置（９２７Ａ、９２７Ｂ、９２７Ｃ）によりＤＣ駆動される。具体的には、駆動装置からは温度コントロール及び電流供給が行われる（ＳＯＡの温度を一定に保ちつつ、定電流を流す）。

マスターレーザ１０１としては半導体レーザをゲインスイッチング動作させたものを用いる。

より具体的には、駆動装置９３３を駆動することで直流成分と交流成分が重畳された電圧をマスターレーザ１０１に印加し、発振する光パルスの中心波長９８０ｎｍ、発振の繰り返し周波数１ＧＨｚを得る。

この１ＧＨｚの光パルスを受けて、光増幅器（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）にゲインの変調が掛かり、スレーブ９２０で分散チューニングのモード同期発振が生じる。

この状態でマスターレーザ１０１の繰り返し周波数を図１１に示すように１ＧＨｚ−３００ｋＨｚから１ＧＨｚ＋３００ｋＨｚまで周波数変化させる。ここで周波数変化の周期は１ミリ秒である。

こうした制御により、共振器内には１００ｍＷ程度のパルス光が生成される。

マスターレーザから各スレーブに上記の繰り返し周波数で光パルスを導入することで、各スレーブ（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）より光パルスが上記マスターレーザの繰り返し周波数で発生する。

マスターレーザの周波数変化に応じて、スレーブ１０５Ａからの発振波長は１００５ｎｍから１０３５ｎｍまで掃引されることとなり、同様にスレーブ１０５Ｂでは１０３５ｎｍから１０６５ｎｍまで、スレーブ１０５Ｃでは１０６５ｎｍから１０９５ｎｍまで波長掃引される。

各スレーブ（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）で発生した光パルスは出力カップラ（１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ）を通してスレーブ外に取出される。

各出力カップラには光ファイバで構成した出力導波路（９３４Ａ、９３４Ｂ、９３４Ｃ）が接続され、各出力導波路は、各々駆動装置（９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃ）によって駆動されるゲート（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）に接続されている。

ここで、光ゲートは電気光学効果を利用したＬＮ光スイッチで構成し、各スレーブ（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）で発生した光パルスを駆動装置（９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃ）の駆動信号に応じて遮断（ＯＦＦ）もしくは透過（ＯＮ）させる。

ここで半導体光増幅器に接続された駆動装置（９２７Ａ、９２７Ｂ、９２７Ｃ）、ゲートに接続された駆動装置（９３０Ａ、９３０Ｂ、９０３Ｃ）、及びマスターレーザに接続された駆動装置９３３は、すべて光源制御装置１７０によって制御される。

光源制御装置１７０は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）と、光源駆動のための信号発生源、スレーブの光増幅媒体の駆動信号を発生する信号源、及びゲート駆動のための駆動信号を発生する信号源とを接続して構成されている。光源制御装置１７０は駆動装置９３３に対して繰り返し周波数を指定する信号を送出する。これにより各スレーブから発振する光パルスの発振波長が決定されると共に、光源制御装置１７０から駆動装置（９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃ）の制御信号が送られ、この信号に基づいて各ゲート（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）の開閉状態が決定する。

ここで、ゲート（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）と、光ファイバカップラで構成した合波カップラ１０９とは、長さ１ｍの光ファイバ導波路（９３７Ａ、９３７Ｂ、９３７Ｃ）で接続してある。

光源制御装置１７０からマスターレーザ１０１に接続された駆動装置９３３に対してパルスの繰り返し周波数掃引の制御信号が供給される。

制御信号により１度目の掃引時にはゲート１０６Ａのみがオープンになり、その他のゲート１０６Ｂ、１０６Ｃがクローズとなるようにゲート駆動装置（９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃ）が制御される。

その結果、光ファイバカップラで構成した合波カップラ１０９に、波長１００５ｎｍから１０３５ｎｍの光パルスが順次送出される。

次いで、マスターレーザ１０１のパルス繰り返し周波数の２度目の掃引時にはゲート１０６Ｂのみがオープンとなり、スレーブ１５０Ｂで発生した波長１０３５ｎｍから１０６５ｎｍの光パルスが合波カップラ１０９より送出される。同様に、マスターレーザのパルス繰り返し周波数の３度目の掃引時にはゲート１０６Ｃのみがオープンとなり、合波カップラ１０９より波長１０６５ｎｍから１０９５ｎｍの光パルスが順次送出される。

これにより合波カップラ１０９より波長１００５ｎｍから１０９５ｎｍの範囲の光パルスが順次出射される。この掃引波長帯域は、通常のスレーブ（共振器）が１つの光源装置に比べて広帯域化されたものとなる。

本例より理解されるように主にスレーブの数と光増幅媒体を使用目的を考慮して適宜選択することにより、本発明によると広範囲な用途に適用可能は波長掃引光源が提供できる。

以上の例では、各スレーブにおいて発振する光パルスの波長は互いに重複しない例としたが、波長が重複する形態を採用することもできる。

例えば、スレーブ１５０Ａでの発振波長を１０００ｎｍから１０４０ｎｍ、スレーブ１５０Ｂでの発振波長を１０３０ｎｍから１０７０ｎｍ、スレーブ１５０Ｃでの発振波長を１０６０ｎｍから１１００ｎｍとして、一部波長を重複させる。

この場合、例えばゲート１０６Ａと合波カップラ１０９の間に透過波長が１００５ｎｍから１０３５ｎｍのバンドパスフィルタを挿入し、同様にゲート１０６Ｂ、１０６Ｃの後ろにはそれぞれ透過波長が１０３５ｎｍから１０６５ｎｍと１０６５ｎｍから１０９５ｎｍのバンドパスフィルタを挿入すればよい。

このようにバンドパスフィルタの波長帯を各スレーブで重複しないように構成することで、各スレーブから取出される光パルスの波長の掃引を連続的で飛び無く行うことが可能となる。

一方、このままではバンドパスフィルタで各スレーブにおける発振波長の裾にあたる波長のパルスをカットすることで、合波カップラ１０９から送出される光パルス列に、時間的な空白が生ずることになる。つまり、ゲート１０６Ａからの光パルスが合波カップラ１０９を通過して若干の空白時間の後、ゲート１０６Ｂからの光パルスが到達することになる。

そこで合波カップラ１０９に到達するパルスの波長と到達時刻の関係を予め光源制御装置１７０に記憶させておくことも、好適である。あるいは空白時間の分だけ光ファイバ導波路９３７Ａよりもファイバ導波路９３７Ｂを短く、そして同様の関係にファイバ導波路９３７Ｃもしておくことで、マスターレーザの繰り返し周波数掃引の３回分の光パルスを合波カップラ１０９より連続して取出すことが可能となる。

この他、導入導波路（１０２Ａ、１０２Ｂ、１０３Ｃ）の長さを変えることで、マスターレーザから各スレーブの光増幅器までの光路長を変えてもよい。あるいは導入導波路（１０２Ａ、１０２Ｂ、１０３Ｃ）もしくは合波導波路（９３７Ａ、９３７Ｂ、９３７Ｃ）内に光路長可変デバイスや遅延量が変えられるディレイライン等を挿入してもよい。

また、光源制御装置１７０よりマスターレーザの駆動装置９３３に信号送出を行ってから各スレーブ内に発生する光パルスの波長が所望の波長になるまでのタイムラグがある場合には、駆動装置９３３への制御信号の送出と各ゲート（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）の駆動装置（９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃ）への制御信号の送出に関して遅延を与えることも好適である。

更には、各スレーブ内に発生している光パルスの波長をモニタするための機構を設けても良い。

更に別の形態として、各スレーブからの光を一部取り出して狭帯域のバンドパスフィルタに通した後フォトディテクタに検知させることで波長掃引開始のトリガ信号を得ることも可能である。具体的には各スレーブ内で生じ得る光パルスの最短波長もしくは最長波長等のパルスのみを透過するバンドパスフィルタを用いることで上記動作は可能となる。

これらのトリガ信号を各スレーブに接続された制御装置（９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃ）に与えることで、スレーブ内の光パルスの所望のタイミングでの取出しもしくは遮断が可能となる。

上述した実施例１の装置を変形した別の例について説明する。本例は、図９に示した光源装置のマスターレーザ１０１の駆動形態として、図１２に示した掃引タイミングを採用した例である。マスターレーザ１０１の繰り返し周波数を図１２に示すように１ＧＨｚ−３００ｋＨｚから１ＧＨｚ＋３００ｋＨｚまで周波数変化させるのに、繰返し掃引を連続的に行うのではなく、スレーブの数Ｎ＝３に対応して３回に１回の割合で（間引き）掃引する。

本例では、合波導波路９３７Ａの長さよりも合波導波路９３７Ｂの長さを、次に示す
ＶｇＴ（スレーブ１５０Ａ内のパルス光の発振波長における群速度をＶｇ、マスターレーザの繰り返し周波数の掃引周期をＴとして）だけ長くし、同様の関係を合波導波路９３７Ｂと合波導波路９３７Ｃに対してももたせる。

これにより合波カップラ１０９には波長が１００５ｎｍから１０９５ｎｍの光パルスが順次到着し、出射されることとなる。この動作様態においてはゲート（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）必須の部材ではなくなるため部品点数の減少により安価な装置構成の実現が図れる。またゲートの高速制御も必要ないため電気系の負担が減少する。

また、マスターレーザから各光増幅媒体までの光学的距離と、該光増幅媒体から合波部（合波カップラ）までの光学的距離の和を各共振器ごとにＶｇＴずつ異ならせた形態も採用し得る。

図１３を参照して複数の光ビームを発生する波長掃引光源の例を示す。

図１３に示した光源装置は、合波部を複数備えた装置であり、図９に示した実施例１の光源装置の合波導波路と、合波カップラ部を変形させた以外、実施例１の装置と同様である。

図１３の装置においては、ゲート１０６Ａには、光ファイバで構成した３分岐の光導波路５１５（Ａ、Ｂ、Ｃ）が接続され、ゲート１０６Ｂには、同じく３分岐の光導波路５１６（Ａ、Ｂ、Ｃ）が、ゲート１０６Ｃには、光導波路５１７（Ａ、Ｂ、Ｃ）が接続されている。

そして、これら３組の光導波路５１５（Ａ、Ｂ、Ｃ）、５１６（Ａ、Ｂ、Ｃ）、５１７（Ａ、Ｂ、Ｃ）を介してゲート１０６（Ａ、Ｂ、Ｃ）と光ファイバで構成した３つの合波カップラ１０９（Ａ、Ｂ、Ｃ）とが接続されている。ここで、これら３組の光導波路５１５、１５６、５１７の光路長は等しくしてある。

以下、動作について説明する。

ゲート１０６Ａより取出した光パルスを三分岐の光ファイバで構成した光導波路５１５（Ａ、Ｂ、Ｃ）へ導入する。ゲート１０６Ａにおいて、スレーブ１５０Ａにおける発振波長の掃引に合わせ、１回目の繰り返し周波数掃引時には光導波路５１５Ａに光を導入し、２回目の掃引時には光導波路５１５Ｂに、３回目の掃引時には光導波路５１５Ｃに光を導入する制御をする。

同様にゲート１０６Ｂにおいては、１回目の掃引時には光導波路５１６Ｃに、２回目の掃引時には光導波路５１６Ａに、３回目の掃引時には光導波路５１６Ｂに光を導入する。

ゲート１０６Ｃでは、１回目の掃引時には光導波路５１７Ｂに、２回目の掃引時には光導波路５１７Ｃに、３回目の掃引時には光導波路５１７Ａへ光を導入する。

こうした状態で、合波カップラ１０９（Ａ、Ｂ、Ｃ）においては、中心波長が時間と共に掃引される光パルスがそれぞれ生成される。

本実施例の基本的な動作は実施例１と同様である。つまり光源制御装置１７０を駆動させてマスターレーザ１０１から光パルスが１ＧＨｚ近傍の周波数で発生する。

この光パルスをスレーブ１５０Ａ、スレーブ１５０Ｂ、スレーブ１５０Ｃに導入して各スレーブでモード同期動作（分散チューニング）を行う。

これによりスレーブ１５０Ａでは波長１００５ｎｍから１０３５ｎｍの光パルスが発生し、スレーブ１５０Ｂでは波長１０３５ｎｍから１０６５ｎｍの光パルス、スレーブ１５０Ｃでは波長１０６５ｎｍから１０９５ｎｍの光パルスがそれぞれ発生する。

ここで上述したゲート操作を行うことにより、各合波カップラから出力される光は波長１００５ｎｍから１０９５ｎｍの光パルスが時間的に順次並んでいる状態となる。

本例の光源装置は、複数光照射（マルチビーム照射）を可能とするＯＣＴ装置の光源として適用可能な装置となる。

本例では、本発明の光源を用いた光断層撮像装置の例を示す。

図１５は本例のＯＣＴ装置の模式図である。

図１５のＯＣＴ装置は、基本的には光源部（１５０１等）、光源部からの光を検体に照射し、検体部からの反射光を伝達させる検体測定部（１５０７等）、光を参照ミラーに照射し、参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部（１５０２等）、２つの反射光を干渉させる干渉部（１５０３）、干渉部により得られた干渉光を検出する光検出部（１５０９等）、光検出部で検出された光に基づいて画像処理を行う（断層像を得る）画像処理部（１５１１）で構成されている。以下、各構成要素を説明する。

光源部は、波長可変光源１５０１と該波長可変光源を制御する光源制御部１５１２を有して構成され、波長可変光源１５０１は光照射用の光ファイバ１５１０を介して干渉部を構成するファイバカップラ１５０３に接続されている。

干渉部のファイバカップラ１５０３は、光源の波長帯域でシングルモードのもので構成し、各種ファイバカップラは３ｄＢカップラで構成した。

反射ミラー１５０４は、参照光光路用ファイバ１５０２に接続されて参照部を構成し、ファイバ１５０２は、ファイバカップラ１５０３に接続されている。

検査光光路用１５０５ファイバ、照射集光光学系１５０６、照射位置走査用ミラー１５０７により測定部が構成され、検査光光路用１５０５ファイバは、ファイバカップラ１５０３に接続されている。ファイバカップラ１５０３では、検査物体１５１４の内部及び表面から発生した後方散乱光と、参照部からの戻り光とが干渉して干渉光となる。

光検出部は、受光用ファイバ１５０８とフォトディテクタ１５０９で構成され、ファイバカップラ１５０３で生ずる干渉光をフォトディテクタ１５０９に導く。

フォトディテクタ１５０９で受光された光は信号処理装置１５１１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験物体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ー１５１３に断層画像として表示される。

ここで、信号処理装置１５１１は、パーソナルコンピュータ等で構成することができ、画像出力モニター１５１３は、パーソナルコンピュータの表示画面等で構成できる。

本実施例で特徴的なのは光源部であり、波長可変光源１５０１は光源制御装置１５１２によりその発振波長や強度及びその時間変化が制御される。

光源制御装置１５１２は、照射位置走査用ミラー１５０７の駆動信号等をも制御する信号処理装置１５１１に接続され、走査用ミラー１５０７の駆動と同期して波長可変光源１５０１が制御される。

例えば、実施例１で説明した光源装置を本例の波長可変光源１５０１として用いると、この光源装置は広帯域を高速で波長掃引が可能であるため、奥行き分解能が高解像な断層画像情報を高速に取得可能である。このＯＣＴ装置は、眼科、歯科、皮膚科等における断層画像撮影に有用である。

本例では、干渉信号を差動検出するための光学系を備えた光断層撮像装置の例について説明する。本例の光断層撮像装置は、図１６に模式図を示すもので、図１５に示した装置と同一の部位には同一の符号を付している。

図１６の装置は図１５のフォトディテクタ１５０９に代えて光検出器と差動増幅器とを兼ね備えたバランスフォトディテクタ１５１０とファイバカップラ１５０３及び１５０４を組み込んで構成したことが図１の装置との主たる違いである。

バランスフォトディテクタ１５１０は、一端には、信号処理部１５１１が接続され、他端には、２端子がある。そのうち一つの端子はファイバ１５１６を介して光カップラ１５０３に接続され、残りの一端子は、ファイバ１５１７、光カップラ１５０４を介して結合部を構成する光カップラ１５０５に接続されている。

こうした接続により本例の装置では、測定物１５１４と参照ミラー１５０４からの反射光による干渉信号を二つに分け、その一方と、他方との差動を検出する。

バランスフォトディテクタ１５１０に到達する前に光を２つに分割することで干渉信号の位相が逆位相になるため、両者を引き算すると、分割前の信号に含まれるＤＣ成分だけが除去され、干渉信号だけが取り出せるので好適である。

尚、図中、１５０２はアイソレータ、１５１８、１５１９はそれぞれ偏波コントローラである。

また、光源１５０１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ことも可能である。

実施例３で説明した複数の光ビームを発生する波長掃引光源（マルチビーム光源）をＯＣＴ装置に適用した例について、図１７を参照して説明する。

図１７の装置は、３つの干渉系（１６５６、１６５７、１６５８）を備えて構成され、各干渉系は、図１６を用いて説明した実施例５の装置構成と同様である。そこで、図１６の装置と同一の構成部材には同一の符号を付しているので詳しい説明は省略する。

本例で特徴的なのは、実施例３で説明した光源装置を光源部１５０１に適用したことで、光源部１５０１より出射された３つの光ビームは、アイソレータ１５０２を介して各干渉系に導入される。

本例では、マルチビームをファイババンドルから平行光束の形で取出し、被測定物１５１４に照射して被測定物内の複数の箇所を同時に干渉計測することが可能となるため、高速な測定が可能な断層撮像装置が構成できる。

１０１ 第１の光共振器を備えたレーザ発信器
１５０Ａ １５０Ｂ １５０Ｃ 第２の共振器
１０３Ａ １０３Ｂ １０３Ｃ 光増幅媒体
１０６Ａ １０６Ｂ １０６Ｃ 光取出し部
１０９ 合波部
１２３Ａ １２３Ｂ １２３Ｃ 屈折率分散を有する光学部材

Claims (12)

1. 第１の光共振器を備えたレーザ発振器と、該第１の光共振器に入力部が互いに並列に接続された複数の第２の光共振器と、該第２の光共振器の出力部を介して光を取出す光取出し部と、該光取出し部を経由した光を合波する合波部と、を備え、前記複数の第２の光共振器を経由した光を前記合波部より出射する光源装置であって、
   前記複数の第２の光共振器内にはそれぞれ、屈折率分散を有する光学部材と、光増幅媒体と、が配されており、該光増幅媒体が、互いに異なる最大利得波長を有し、
   前記第１の光共振器を備えたレーザ発振器よりパルス光が複数の前記第２の光共振器に導入され、前記パルス光の繰り返し周波数を変化させることで、前記第２の光共振器内のモード同期状態が変化し、前記複数の第２の共振器のうちいずれか一つの共振器のみからレーザ発振することで、前記光源装置から出射される光の波長が時間とともに掃引されることを特徴とする光源装置。
2. 前記パルス光の導入により前記光増幅媒体を相互利得変調することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記パルス光の波長は、前記第２の光共振器内に配された前記光増幅媒体が有する増幅帯域内の波長かもしくはそれよりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記複数の光増幅媒体は、互いに利得帯域の一部が重複することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記複数の第２の光共振器の有する自由スペクトル間隔が互いに等しいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 記複数の第２の光共振器の有する自由スペクトル間隔の以下の式で表される周波数依存性が、各第２の光共振器において互いに等しいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光源装置。
   

   

   
   （ただし、νは光の周波数、Ｌは共振器の共振器長、ｎ（ν）は共振器の屈折率をそれぞれ表す。）
7. 前記光増幅媒体が半導体光増幅器であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記第２の共振器の各々について、前記レーザ発振器から前記光増幅媒体までの光学的距離と、該光増幅媒体から前記合波部までの光学的距離と、の和が等しいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記レーザ発振器から前記光増幅媒体までの光学的距離と、該光増幅媒体から合波部までの光学的距離と、の和が各共振器で、ＶｇＴずつ異なることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光源装置（但し、Ｖｇは共振器内のパルス光の発振波長における群速度、Ｔはレーザ発振器の繰り返し周波数の掃引周期を示す）。
10. 前記複数の第２の光共振器内で発生したパルス光を前記合波部より順次出射することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光源装置。
11. 前記合波部を複数備え、該複数の合波部より複数の光ビームを出射することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光源装置。
12. 請求項１ないし１１の何れかに記載の光源装置を用いた光源部と、
    前記光源部からの光を検体に照射し、検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、
    前記光源部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、
    前記検体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、
    前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、
    を有することを特徴とする光断層撮像装置。

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