JP6193773B2 - 波長掃引光源 - Google Patents

波長掃引光源 Download PDF

Info

Publication number
JP6193773B2
JP6193773B2 JP2014015953A JP2014015953A JP6193773B2 JP 6193773 B2 JP6193773 B2 JP 6193773B2 JP 2014015953 A JP2014015953 A JP 2014015953A JP 2014015953 A JP2014015953 A JP 2014015953A JP 6193773 B2 JP6193773 B2 JP 6193773B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavelength
voltage
light source
control voltage
electro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014015953A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015142111A (ja
Inventor
雄三 佐々木
雄三 佐々木
豊田 誠治
誠治 豊田
坂本 尊
尊 坂本
上野 雅浩
雅浩 上野
小林 潤也
潤也 小林
正俊 藤本
正俊 藤本
真広 山田
真広 山田
菅井 栄一
栄一 菅井
八木 生剛
生剛 八木
長沼 和則
和則 長沼
幸司 米山
幸司 米山
徹 小平
徹 小平
藤浦 和夫
和夫 藤浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
NTT Advanced Technology Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
NTT Advanced Technology Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK, NTT Advanced Technology Corp, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2014015953A priority Critical patent/JP6193773B2/ja
Publication of JP2015142111A publication Critical patent/JP2015142111A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6193773B2 publication Critical patent/JP6193773B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、波長掃引光源に関し、より詳細には、KTNを使用した光偏向器を用いた波長掃引光源であって、長時間安定動作が可能な波長掃引光源に関する。
波長掃引型レーザ光源は、例えば、ミクロンオーダーの空間分解能で生体表皮下の断層イメージを取得できる計測技術として知られている光コヒーレントトモグラフィ(OCT:Optical Coherence Tomography)に適用することができる。OCTには、断層イメージを取得する複数の方法が存在する。そのうち、光源の波長掃引を行う波長掃引型レーザ光源を用いたOCT(SS−OCT:Swept Source-OCT)は、イメージ取得の高速性において大きな利点を有する。SS−OCTでは、光源の波長が連続的に掃引される。光源からの光の波長掃引を行うことによって、1つの検出器を使用して、時分割で各波長の信号を検出できる。すなわち、時間によって波長分割を行って、検出器を1つで済ませることができる。
波長掃引型レーザ光源を用いたOCT用光源は、高速で波長を変化させることが必要であるとともに、瞬時発振スペクトルの幅を狭くすること、および、波長掃引範囲が広いことが必要である。SS−OCTにおいて、高速の波長掃引が可能になると、高速の画像処理、血流観測、および酸素飽和濃度の変化等の動的解析ができる。また、SS−OCTにおいては、瞬時の発振スペクトルが狭線幅化することによって、生体表皮下の観察可能な深度を深くすることができる(例えば、非特許文献1参照)。SS−OCTでは、広範囲の波長掃引によって高分解のイメージを取得することができる。
さらに、臨床診断においては、観察対象の動きの影響を受けずに、鮮明な断層イメージを得るために、上記の高速性とともに、長時間安定動作する波長掃引型レーザ光源が求められている。
高速で広帯域の走査が可能なレーザ光源として、外部共振器型レーザ光源が知られている。一般的な外部共振器型レーザ光源は、半導体等の利得媒質と、外部ミラーとを配置し、これらが外部共振器を構成している。そして、利得媒質と外部ミラーとの間に設けられたバンドパスフィルターを利用して、特定の波長のみを発振させている。バンドパスフィルターでは、透過波長を連続的に変化させてレーザ発振波長を連続的に掃引している。レーザ共振器内に備えられている波長分散素子と光偏向器との機能によって、バンドパスフィルターの透過波長は、変化するように制御される。波長分散素子としては、例えば、回折格子やプリズムがある。光偏向器としては、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、MEMS(Micro Electro Mechanical System)、音響光学偏向器、電気光学偏向器等がある。
電気光学偏向器の一つである、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1−xNb(0<x<1)、K1−yLiTa1−xNb(0<x<1、0<y<1):以下、総称してKTNという)結晶を用いたKTN光偏向器は、高速で偏向動作し、かつ低電圧動作が可能である。KTN光偏向器と回折格子とを組み合わせ、高速な波長掃引光源が実現されている。
図1に、従来のKTN光偏向器を用いた波長掃引光源の構成を示す。この波長可変光源は、KTN光偏向器により光の進行方向を変えることによって、発振波長を切換える構成であり、例えば、非特許文献2に開示されている。この波長可変光源は、利得媒質として光半導体増幅素子(SOA)が用いられている。以下、波長可変光源の構成と動作について説明する。
波長可変光源100において、利得媒質101は、集光レンズ103およびコリメートレンズ102の間に配置されている。利得媒質101は、コリメートレンズ102、電気光学偏向器106を経て、回折格子104および直入射する端面鏡108から構成される波長フィルタに結合されている。集光レンズ103は、出力結合鏡105に相対している。出力結合鏡105と端面鏡108とを両端部とする光共振器が構成される。出力結合鏡105から、光共振器のレーザ作用による出力光107が得られる。出力光107の波長を、電気光学偏向器106により光の進行方向を変え、波長分散素子である回折格子104への入射角θを変えることによって、可変することができる。
出力光107の波長選択は、電気光学偏向器106に結線された制御電圧源109の電圧により行われる。電気光学偏向器106に対する印加電圧を制御して、図1のx軸方向(出力光107の光軸(z軸)に垂直な方向)の電界を変化させることによって行われる。すなわち、電気光学偏向器106に与えられる電界により電気光学偏向器106で屈折率の変化が誘起される。その結果、利得媒質101から回折格子104へ出力される光束が、電気光学偏向器106を通過する際に、屈折率の高い方へ曲がり、光束の回折格子104への入射角が変化する。このようにして、電気光学偏向器106への印電圧を変えることによって、可動部の介在なしに高速な波長変化が実現されている。
KTN光偏向器を用いて、回折格子の波長選択性を利用した波長掃引光源では、KTN光偏向器による偏向角δによって、回折格子への入射角θはθ−δに変じ、これに伴って選択波長λが、下記の回折格子公式(1)に従って変化する。
Figure 0006193773
Λは回折格子のピッチ、mは回折次数、φは回折格子からの出射光の出射角を示す。従って、KTN光偏向器の高速偏向動作を利用することによって、波長掃引光源では、それに追随する高速な波長掃引が可能となる。
KTN光偏向器の高速偏向動作のために、偏向動作のための電圧印加を行う前に、DC電圧を印加することにより、結晶中への電子の注入およびトラップへの電子の捕獲を行っておく(例えば、非特許文献3)。偏向動作のための電圧印加中に電子が注入されなくても、トラップに捕獲された電子により電界の傾斜が発生し、その結果、電気光学効果による屈折率の傾斜が生じるため、高速で広角な光スキャンが実現されている。
波長分散素子と光偏向器によって波長掃引を実現する外部共振器型の波長掃引光源においては、式(1)で表されるように、瞬時の発振波長は、回折格子への入射角に依存し、光偏向器にて入射角を変化させることで波長掃引を行っている。光偏向器によるスキャン角度が大きいほど、OCT用の波長掃引光源に求められる広帯域な波長掃引が可能となる。
S. H. Yun, et al. "High-speed optical frequency-domain imaging," Opt. Express 11, 2953-2963 (2003). Y. Okabe, et al. "200 kHz swept light source equipped with KTN deflector for optical coherence tomography," Electron. Lett. 48, 201-202 (2012). J. Miyazu et al. "New beam scanning model for high-speed operation using KTa1-xNbxO3 Crystals", APEX, Vol. 4, Issue 11, pp. 115101-1-111501-3, 2011. S. Yagi, et al. "Improvement of coherence length in a 200-kHz swept light source equipped with a KTN deflector," Proc. SPIE 8213, 821333-821333-6 (2012).
OCT用波長掃引光源に求められるもう一つの重要な特性に、コヒーレンス長が挙げられる。OCT計測時においては、生体からの信号光と、参照光の各々がたどる光路長に差が生じる。コヒーレンス長が長いほど、大きな光路長差の計測が可能となり、光路長差が大きな生体奥の計測が可能となる。コヒーレンス長は、波長掃引時の瞬時発振スペクトル幅に反比例するので、瞬時発振スペクトルが狭線幅であることが望ましい。瞬時発振スペクトルの狭線幅化は、レーザ共振器内での高い波長選択性によって実現される。レーザ共振器での波長選択性を良好にするためには、回折格子に平行光を入射することが望ましい。
図2に、従来のKTN光偏向器に対する印加電圧波形を示す。KTN光偏向器に印加する制御電圧は、最初に正負交互のトラップ充填用のDC電圧を印加した後に、高速偏向のためのAC電圧を印加する。このとき、偏向動作の経過時間に伴って偏向角度が減少してしまうという課題があった。これは、トラップ充填時間においてトラップされた電子が、熱的に励起されて束縛状態から解放され、トラップされた電子が減少するためと考えられている。従って、数時間以上という長時間で偏向動作させた場合、KTN光偏向器の動作状態が徐々に変化し、光出力、波長掃引光源の掃引帯域、コヒーレンス長が減少してしまうという問題があった。
KTN結晶内にトラップされた電荷密度Nとすると、KTN結晶を透過する光波の偏向角θ(x)は、結晶内を伝搬するのに伴って累積される偏向と、結晶出射端での屈折による偏向とによって式(2)の通りに表すことができる。
Figure 0006193773
ここで、Lは結晶長、dは結晶厚、nは結晶の屈折率、εは結晶の誘電率、g11は電気光学定数、Nはトラップ電荷密度、eは電気素量を示す。
トラップ電荷によって一様でない電界分布が形成され、電界分布の変化に応じた屈折率分布が生じる。この一様でない屈折率分布の中を光が透過すると、光の進路が屈曲する。このとき、結晶の中央付近では、屈折率が高い二次関数の屈折率分布となるので、光偏向器を透過した出射光は、スキャンされると同時に集光され、焦点以降は発散する(以下、レンズ効果という)。式(2)から明らかなように、KTN結晶内のトラップ電荷密度Nが減少すると、偏向角θ(x)および回折格子への入射角変化が減少し、掃引波長帯域が狭窄化されてしまう。
一方、偏向現象と同時に発現するレンズ効果による焦点距離は、結晶内に一様に電荷がトラップされているとすると、
Figure 0006193773
と表される。ここで、nは結晶の屈折率、Lは結晶長であり、Aは、
Figure 0006193773
である。
結晶長L、屈折率n0、電気光学定数g11は、既に形成されたKTN光偏向器では不変であるので、焦点距離は、結晶内のトラップ電荷密度Nによってのみ決定されることになる。非特許文献4では、回折格子に平行光を入射するために、電気光学偏向器と回格子との間に、上述した電気光学結晶が有する凸レンズ効果を打ち消すためのシリンドリカル凹レンズを配置している。しかしながら、トラップ電荷密度Nが熱励起等によって減少するとKTN結晶によるレンズ効果も変化するので、平行光が得られなくなってしまう。これによって、回格子に対して様々な角度からの光が入射するため、結果として、波長選択性が劣化し、狭線幅な瞬時発振スペクトルが得られなくなっていた。
上述したように、従来のKTN光偏向器を用いた波長可変光源では、KTN光偏向器を長時間で偏向動作させた場合、KTN光偏向器の動作状態が徐々に変化し、波長掃引光源の光出力、掃引波長帯域、コヒーレンス長が減少してしまう課題があった。
本発明の目的は、光出力、掃引波長帯域、コヒーレンス長の時間的安定性に優れた波長掃引光源を提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するために、第1の実施態様は、一方の端面が光偏向器を介して回折格子および端面鏡から構成される波長フィルタに結合され、他方の端面が出力結合鏡に相対している利得媒質を含み、前記端面鏡と前記出力結合鏡との間で光共振器を構成する波長掃引光源であって、前記光偏向器は、電気光学結晶と、前記電気光学結晶の対向する面に形成された少なくとも2つの電極と、前記電極を介して前記電気光学結晶内に電界を形成するための制御電圧を出力する制御電圧源とを備え、前記制御電圧により形成される電界の方向に略垂直な光軸に沿って入射される入射光を、前記電界に平行な方向に偏向させ、前記制御電圧源は、前記制御電圧として、偏向のための交流電圧を印加している間、一定の正極性または負極性の直流バイアス電圧を連続して重畳することを特徴とする。
第2の実施態様は、一方の端面が光偏向器を介して回折格子および端面鏡から構成される波長フィルタに結合され、他方の端面が出力結合鏡に相対している利得媒質を含み、前記端面鏡と前記出力結合鏡との間で光共振器を構成する波長掃引光源であって、前記光偏向器は、電気光学結晶と、前記電気光学結晶の対向する面に形成された少なくとも2つの電極と、前記電極を介して前記電気光学結晶内に電界を形成するための制御電圧を出力する制御電圧源とを備え、前記制御電圧により形成される電界の方向に略垂直な光軸に沿って入射される入射光を、前記電界に平行な方向に偏向させ、前記制御電圧源は、前記制御電圧として、正極性または負極性の直流バイアス電圧が重畳された交流電圧からなる駆動電圧を出力し、前記光偏向器は、前記利得媒質からの入射光の光軸に対して、前記直流バイアス電圧により偏向される角度と等しい角度で、前記制御電圧により形成される電界の方向に、傾けて配置されていることを特徴とする。
以上述べたように、本発明によれば、偏向動作のための制御電圧として、正極性または負極性の直流バイアス電圧が重畳された交流電圧からなる駆動電圧を出力するので、長期間にわたり光出力、掃引波長帯域、コヒーレンス長の変動を抑制することができ、時間的安定性に優れた波長掃引光源を実現することができる。
従来のKTN光偏向器を用いた波長掃引光源の構成を示す図である。 従来のKTN光偏向器に対する印加電圧波形を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる波長掃引光源の構成を示す図である。 本発明の一実施形態にかかり、電気光学結晶に対する印加電圧波形を示す図である。 従来と本実施形態の印加電圧波形による偏向角の経時変化を比較した図である。 従来と本実施形態の印加電圧波形による光出力の経時変化を比較した図である。 本実施形態の印加電圧波形による波長掃引帯域の経時変化を示す図である。 本実施形態の印加電圧波形によるコヒーレンス長の経時変化を示す図である。 実施例1におけるKTN光偏向器の光入射および偏向幅を示す図である。 実施例2におけるKTN光偏向器の光入射および偏向幅を示す図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図3に、本発明の一実施形態にかかる波長掃引光源の構成を示す。波長可変光源300において、利得媒質301は、集光レンズ303およびコリメートレンズ302の間に配置されている。利得媒質301は、一方の端面が、コリメートレンズ302、光偏向器306を介して、回折格子304および直入射する端面鏡308から構成される波長フィルタに結合され、他方の端面が、集光レンズ303を介して、出力結合鏡305に相対している。出力結合鏡305と端面鏡308とを両端部とする光共振器が構成される。出力結合鏡305から、光共振器のレーザ作用による出力光307が得られる。
回折格子304で回折された光のうち、端面鏡308によってレーザ共振器内に帰還される波長の光が発振可能であり、出力光307としてレーザ共振器から取り出される。光偏向器306の偏向動作によって、回折格子304への入射角が変化する。この入射角の変化に伴い、レーザ共振器内に帰還される波長も変化するので、連続的な出力光307の波長掃引が可能となる。光偏向器306は、電気光学偏向器であるので、制御電圧源309により、光偏向器306に印する電圧を変えることによって、可動部の介在なしに高速に波長を変化させることができる。
本実施形態の波長掃引光源300は、回折格子を含む外部共振器型の波長掃引光源において、光偏向器306への印加電圧波形が、従来の波長掃引光源とは異なる。すなわち、波長掃引光源300は、高速偏向のためのAC電圧を印加する際に、トラップ充填用DC電圧をバイアス電圧として重畳している。これにより、光出力、波長掃引帯域および狭線幅化したときの瞬時発振スペクトルの時間的安定性に優れた動作を実現することができる(図4,5を参照して後述する)。レンズ効果を有する電気光学偏向器としては、電気光学結晶として、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1−xNb(0<x<1):KTN)結晶、またはKTN結晶にリチウムを添加した(K1−yLiTa1−xNb(0<x<1、0<y<1))結晶を用いた光偏向器が知られている。
本実施形態の光偏向器306は、電気光学結晶と、結晶の上下面に形成された電極からなる。具体的には、光偏向器306は、矩形状のKTN結晶チップを用いた光偏向器である。2つの電極間には、KTN結晶に印加する制御電圧を供給する制御電圧電源309が接続される。制御電圧電源309は、電気光学結晶に対して実用的な偏向角を生じ得るような数百V程度の電圧を印加することできる駆動能力を有する。電気光学結晶の一方の端面から入射された光は、偏向を受けて、対向する端面から出射される。
さらに、波長掃引光源300は、温度制御ステージを有している。温度制御ステージは、電気光学結晶の温度を任意の温度に設定することが可能なものであって、所定の温度に、所定の変化速度で制御することができる。
図4に、電気光学結晶に対する印加電圧波形を示す。横軸は経過時間を示し、縦軸は電圧値を示している。制御電圧源309は、光偏向器306に対して、最初に所定の時間(トラップ充填時間)トラップ充填用のDC電圧を正負交互に印加した後、DCバイアス電圧を重畳したAC電圧を印加して偏向器として動作させる。トラップ充填時間において、制御電圧源309は、光偏向器306の電気光学結晶のトラップ準位に電子を捕捉させる。もし、この電圧をoffするとこのトラップされた電子は熱再放出によって束縛状態から解放されて、トラップ電子は消失してしまう。しかし、DCバイアス電圧を印加し続けると、熱再放出された電子を補うように電子が負電極から供給されるため、長時間経過しても一定の電子が結晶内に残留することになる。従って、長時間経過しても偏向角が減少しない偏向器を実現することができる。
図5は、従来と本実施形態の印加電圧波形による偏向角の経時変化を比較した図である。本実施形態においては、最初に、トラップ充填時間(Ttrap)において、正負同じ値の300VのDC電圧を交互に60秒間印加して、KTN結晶を初期トラップ充填状態に設定した。ここでは、正負交互に印加したが、正の電圧のみないし負の電圧のみであってもよい。続いて、DCバイアス電圧300Vを重畳したAC電圧(振幅300V)を印加し、高速偏向器として動作させた。時間安定性を確認するために、Tscan=72時間以上動作させた。
本実施形態では、Tscanの間、偏向角θ2で一定であり、波長掃引帯域、コヒーレンス長を測定したところほぼ一定の値が得られ、各々の時間的変動が極めて少ないことを確認した。同じKTN結晶チップを用いても、従来のように、DCバイアス電圧を印加しない場合は、偏向角θ1から減少し、波長掃引帯域、コヒーレンス長もともに徐々に減少した。
ここで、DCバイアス電圧は、トラップ充填用のDC電圧と同じ電圧に設定したが、より低い電圧でも時間的安定性は向上した。また、トラップ充填用のDC電圧を印加しなくてもDCバイアス電圧を重畳したAC電圧を印加した場合には、初期的変動時間を経過した後は、出力、波長掃引帯域、コヒーレンス長は長期的に安定した。
図3に示した波長掃引光源を、1.3μm帯の波長可変光源となるように構築した。利得媒質301として、半導体光増幅チップを用い、集光レンズ303、コリメートレンズ302として、非球面レンズを用いた。
光偏向器306は、電極間隔が1.2mmのとなる矩形状のKTN結晶チップを用いたKTN光偏向器を用いた。KTN結晶チップのサイズは、4.0x3.2x1.2mmとなるよう加工し、4.0x3.2mmの面にTi/Pt/Au電極膜を蒸着した。このKTN結晶チップの誘電率が立方晶の領域で17,500となるように、温度制御ステージにより制御する。温度制御後に、KTN結晶チップに制御信号電圧を印加した。
光偏向器306の入出射端面は、反射膜と反射防止膜の両方を有しており、折り返し光路により入射光が偏向される距離は、12mmとなる。入出射端面における光束の直径は1.0mmとし、電界に平行な直線偏光でKTN結晶チップに入射される。
なお、KTN光偏向器には後述のとおりDCバイアス電圧を重畳したAC電圧が印加されるため、KTN光偏向器からの出力光の出射角は、所定の角度を中心としてDCバイアス電圧の印加分偏向される。すなわち、KTN光偏向器の出力光の出射角は、所定の角度のオフセットを有することになる。そこで、回折格子304は、従来の光偏向器と回折格子との配置よりも、このオフセット角度分だけ傾けて配置すればよい。
光偏向器301からの出射光は、平行光を生成するための凸レンズであるコリメートレンズ302を透過後、刻線数600mm−1、ブレーズ波長1.6μmの回折格子304に入射される。回折格子304への入射角θは、KTN光偏向器が下記の電圧印加条件で駆動している際の偏向範囲の中心が63.1°となるように設定した。回折格子304によって回折した光のうち、端面鏡308によってレーザ共振器内に帰還される波長が発振される。
KTN光偏向器への印加電圧条件は次の通りである。最初に、トラップ充填時間において、正負同じ値の300VのDC電圧を交互に60秒間印加して、KTN結晶チップを初期トラップ充填状態に設定した。ここでは、正負交互に印加したが、正の電圧のみないし負の電圧のみであってもよい。続いて、DCバイアス電圧300Vを重畳した200kHzのAC電圧(振幅300V)を印加し、高速偏向器として動作させた。
図6は、従来と本実施形態の印加電圧波形による光出力の経時変化を比較した図である。波長掃引光源の動作開始から72時間にわたって光出力を測定したところ、ほぼ一定の値が得られ、おのおのについて時間的変動が極めて少ないことを確認した。同じKTN結晶チップを用いても、従来のように、DCバイアス電圧を印加しない場合は、徐々に偏向角は減少した。具体的に、DCバイアス電圧を印加しない場合は、図6の「●」に示す通り、動作開始後一時間で光出力がおおよそ半分まで減少した。
図7に、本実施形態の印加電圧波形による波長掃引帯域の経時変化を示す。波長可変光源300の波長掃引帯域の安定性を示しており、中心波長を1320nmとして、72時間にわたって、100nm以上の波長掃引帯域が得られた。
図8に、本実施形態の印加電圧波形によるコヒーレンス長の経時変化を示す。コヒーレンス長の値は、DCバイアス電圧を印加しない従来の構成においても、一時的に8mm程度が得られるが、その後時間の経過とともに減少していた。本実施形態においては、動作開始5分後から72時間にわたってコヒーレンス長を測定したところ、コヒーレンス長8mm以上が得られ、測定時間内においてその変動は5%以内に抑制できた。
実施例1と同様に、図3に示した波長掃引光源を、1.3μm帯の波長可変光源となるように構築した。
光偏向器306のKTN結晶チップのサイズは、4.0x3.2x1.2mmとなるよう加工し、4.0x3.2mmの面にTi/Pt/Au電極膜を蒸着した。このKTN結晶チップの誘電率が立方晶の領域で17,500となるように、温度制御ステージにより制御する。温度制御後に、KTN結晶チップに制御信号電圧を印加した。光偏向器306の入出射端面は、反射膜と反射防止膜の両方を有しており、折り返し光路により入射光が偏向される距離は、12mmとなる。
実施例1では、入射光は電極面に平行に入射されていたのに対して、実施例2では、出射時の偏向幅の中心軸が電極面に平行となるように、入射面に対して30mradの角度を有して、入射光を入射した。図9,10を参照して詳しく説明する。
実施例1で使用されているKTN光偏向器(図9)においては、光偏向器306のKTN結晶チップ401にDCバイアス電圧を重畳したAC電圧を印加したことによって、光出力は安定に保たれていた。しかしながら、AC電圧がゼロの場合であっても、DCバイアス電圧が印加されていることにより、KTN結晶チップ401内で光は偏向され、出射面405では、偏向幅の中心軸C1自体が、入射面404における入射光406の光軸から30mradの角度を有することになる。このため、図9に示すように、偏向された光が、下部電極403の電極面にぶつかるのを回避する、すなわち出射面405での偏向幅w1が出射面内に収まるようにするため、光偏向の最大角度が制限されていた。
一方、実施例2で使用されているKTN光偏向器(図10)においては、予め入射面504における入射光506の光軸に対して、制御電圧源309により形成される電界の方向に、光偏向器306を傾けておく。すなわち、DCバイアス電圧により偏向される角度と等しい角度で、入射光506が入射面504に入射するように、波長可変光源500内の光偏向器306を傾けて配置する。実施例1と同じKTN結晶チップであれば、光偏向器306を30mrad傾けて配置する。これにより、出射面505では、偏向幅の中心軸C2が、上部電極502および下部電極503の電極面と平行となり、出射面505での偏向幅w2が出射面内に収まる。
KTN結晶チップ501の入射面504付近では、入射光が電極面に対して角度を有しているが偏向幅は小さく、出射面505付近では、入射光が電極面に対して平行に近づき、偏向幅が大きくなる。実施例2によれば、入射光506が結晶内を伝搬するに伴って、結晶内の空間を有効に利用することができる。
KTN光偏向器への印加電圧条件は、最初に、トラップ充填時間において、正負同じ値の300VのDC電圧を交互に60秒間印加して、KTN結晶チップを初期トラップ充填状態に設定した。ここでは、正負交互に印加したが、正の電圧のみないし負の電圧のみであってもよい。続いて、DCバイアス電圧300Vを重畳した200kHzのAC電圧(振幅300V)を印加し、高速偏向器として動作させた。72時間にわたって光出力、掃引波長帯域、コヒーレンス長を測定したところ、ほぼ一定の値が得られた。
また、200kHzのAC電圧を、振幅360Vとしたところ、光偏向器306による偏向角の拡大により、波長掃引光源300の波長掃引帯域を100nmから110nmまで拡大することができた。
以上述べたように、本実施形態の波長掃引光源は、高速偏向のためのAC電圧を印加する際に、トラップ充填用DC電圧をバイアス電圧として重畳することによって、長期間にわたり光出力、掃引波長帯域、コヒーレンス長の変動を抑制することができ、時間的安定性に優れた波長掃引光源を実現することができる。
本発明は、光学機器に利用することができる。
100,300 波長可変光源
101,301 利得媒質
102,302 コリメートレンズ
103,303 集光レンズ
104,304 回折格子
105,305 出力結合鏡
206,306 電気光学偏向器
107,307 出力光
108,308 端面鏡
109,309 制御電圧源

Claims (4)

  1. 一方の端面が光偏向器を介して回折格子および端面鏡から構成される波長フィルタに結合され、他方の端面が出力結合鏡に相対している利得媒質を含み、前記端面鏡と前記出力結合鏡との間で光共振器を構成する波長掃引光源であって、
    前記光偏向器は、電気光学結晶と、前記電気光学結晶の対向する面に形成された少なくとも2つの電極と、前記電極を介して前記電気光学結晶内に電界を形成するための制御電圧を出力する制御電圧源とを備え、前記制御電圧により形成される電界の方向に略垂直な光軸に沿って入射される入射光を、前記電界に平行な方向に偏向させ、
    前記制御電圧源は、前記制御電圧として、偏向のための交流電圧を印加している間、一定の正極性または負極性の直流バイアス電圧を連続して重畳することを特徴とする波長掃引光源。
  2. 一方の端面が光偏向器を介して回折格子および端面鏡から構成される波長フィルタに結合され、他方の端面が出力結合鏡に相対している利得媒質を含み、前記端面鏡と前記出力結合鏡との間で光共振器を構成する波長掃引光源であって、
    前記光偏向器は、電気光学結晶と、前記電気光学結晶の対向する面に形成された少なくとも2つの電極と、前記電極を介して前記電気光学結晶内に電界を形成するための制御電圧を出力する制御電圧源とを備え、前記制御電圧により形成される電界の方向に略垂直な光軸に沿って入射される入射光を、前記電界に平行な方向に偏向させ、
    前記制御電圧源は、前記制御電圧として、正極性または負極性の直流バイアス電圧が重畳された交流電圧からなる駆動電圧を出力し、
    前記光偏向器は、前記利得媒質からの入射光の光軸に対して、前記直流バイアス電圧により偏向される角度と等しい角度で、前記制御電圧により形成される電界の方向に、傾けて配置されていることを特徴とする波長掃引光源。
  3. 前記制御電圧源は、前記制御電圧として、前記電気光学結晶のトラップ準位に電子を捕捉させるための直流電圧を出力した後、前記直流バイアス電圧が重畳された交流電圧からなる前記制御電圧を出力することを特徴とする請求項1または2に記載の波長掃引光源。
  4. 前記電気光学結晶は、KTN(KTa1-xNbx3(0<x<1):タンタル酸ニオブ酸カリウム)結晶、またはKTN結晶にリチウムを添加したKLTN(K1-yyTa1-xNbx3(0<x<1、0<y<1))結晶であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の波長掃引光源。
JP2014015953A 2014-01-30 2014-01-30 波長掃引光源 Active JP6193773B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014015953A JP6193773B2 (ja) 2014-01-30 2014-01-30 波長掃引光源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014015953A JP6193773B2 (ja) 2014-01-30 2014-01-30 波長掃引光源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015142111A JP2015142111A (ja) 2015-08-03
JP6193773B2 true JP6193773B2 (ja) 2017-09-06

Family

ID=53772259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014015953A Active JP6193773B2 (ja) 2014-01-30 2014-01-30 波長掃引光源

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6193773B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12072604B2 (en) 2019-04-23 2024-08-27 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Control method of optical deflector, and optical deflection device
US12072602B2 (en) 2019-04-23 2024-08-27 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Control method of optical deflector, and optical deflection device

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017092070A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 日本電信電話株式会社 波長掃引光源
JP6554070B2 (ja) 2016-06-08 2019-07-31 日本電信電話株式会社 波長掃引光源およびその制御方法
JP6554078B2 (ja) * 2016-08-03 2019-07-31 日本電信電話株式会社 波長掃引光源
JP6621026B2 (ja) * 2016-09-06 2019-12-18 日本電信電話株式会社 波長掃引光源の評価方法
US11165219B2 (en) 2016-12-09 2021-11-02 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Swept light source and drive data generation method and optical deflector for swept light source
JP6793033B2 (ja) * 2016-12-26 2020-12-02 浜松ホトニクス株式会社 測距装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5857824U (ja) * 1981-10-15 1983-04-19 オムロン株式会社 電気光学偏向装置
JP5121150B2 (ja) * 2006-02-28 2013-01-16 サンテック株式会社 波長可変レーザ光源
JP2011186218A (ja) * 2010-03-09 2011-09-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光偏向器の駆動方法
JP2012074597A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変光源
US9372339B2 (en) * 2011-01-05 2016-06-21 Nippon Telegraph and Telephone Communications Wavelength swept light source

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12072604B2 (en) 2019-04-23 2024-08-27 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Control method of optical deflector, and optical deflection device
US12072602B2 (en) 2019-04-23 2024-08-27 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Control method of optical deflector, and optical deflection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015142111A (ja) 2015-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6193773B2 (ja) 波長掃引光源
US11721948B2 (en) Swept light source and drive data generation method and optical deflector for swept light source
US10205296B2 (en) Swept light source and method for controlling the same
JP5913135B2 (ja) 波長掃引光源
JP5991914B2 (ja) ビームスキャナおよび偏向光源
JP2011187947A (ja) 波長掃引光源装置及びこれを用いた撮像装置
JP2013113623A (ja) 誘導ラマン散乱計測装置
JP2012074597A (ja) 波長可変光源
JP6006693B2 (ja) 光偏向装置
JP2016045430A (ja) 光偏向装置
JP6554078B2 (ja) 波長掃引光源
JP5357195B2 (ja) 波長可変光源
JP6276657B2 (ja) 光偏向器
JP2013149850A (ja) 波長可変光源
JP6039485B2 (ja) 光偏向器およびその駆動方法
JP6053017B2 (ja) 波長掃引光源
JP6818410B2 (ja) 波長可変レーザ装置及び光干渉断層計
JP2012150408A (ja) 波長可変レーザ光源
JP5917664B2 (ja) 誘導ラマン散乱計測装置および誘導ラマン散乱計測方法
JP2014103357A (ja) 光源装置、光干渉断層撮像装置
JP6011970B2 (ja) 光干渉断層装置
JP5457952B2 (ja) 波長可変レーザ光源
JP6358700B2 (ja) 波長掃引光源
JP6294796B2 (ja) 光偏向器および光偏向器を含む装置
JP2015028574A (ja) 光偏向素子、該光偏向素子を備える波長可変光源、及び光断層撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160223

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170309

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170808

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170810

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6193773

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250