JP6293675B2 - Ｏｃｔのためのｇｒｓｍを伴う波長調整可能な外部キャビティレーザーダイオード - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は光源の分野、つまり電磁放射スペクトルの赤外線、可視、および紫外線の部分における電磁放射源の分野にある。より具体的には、この発明は、光源、および光干渉断層撮影装置、ならびに変動する波長の光線を生成する方法に関する。

発明の背景
調整可能な光源は、多くの適用例に対して役立つ。それらの中には、波長が上側波長と下側波長との間で往復して高速で掃引される波長掃引光干渉断層撮影法（ＳＳ−ＯＣＴ）がある。他の適用例は、ＤＣ調整（つまり、波長を所望の値に設定し、それを測定のために一定時間の間維持すること）またはさまざまな周波数および／もしくは異なる掃引特性などでの掃引などを必要とする。

さまざまな方法を用いて、掃引された光源が達成されている（本明細書においては、一般的に、「光」という語は、可視域だけでなく、近赤外線および中間赤外線ならびに近紫外線における電磁放射、特に３００ｎｍと２０００ｎｍとの間の範囲における電磁放射にも関する）。これらの中には、波長調整のためにマイクロ電気機械的システム（ＭＥＭＳ）が用いられる光源がある。例えば、ＷＯ ２０１０／１１１７９５ Ａ１に開示されるように、ある格子はリトロー（Littrow）構成−入射光線および回折光線が同一直線上（または同軸）である−において用いることができるが、波長掃引は、格子の移動によってではなく、格子に入射する光線を移動させることによって引起こされる。

この発明の目的は、広範囲にわたって調整可能な波長調整可能な光源を提供することである。この発明のさらなる目的は、（瞬間的に）出力される光の帯域幅が小さい、波長調整可能な光源を提供することである。この発明のさらに別の目的は、出力光のパラメータが波長範囲にわたってほんのわずかにのみ変動する光源を提供することである。この発明のさらに別の目的は、特にコンパクトな光源を提供することである。

これらならびに他の目的は、少なくとも一部が、特許請求の範囲に規定されるようなこの発明によって達成することができる。

この発明のある局面によれば、特に外部キャビティ半導体レーザー光源であり得る光源は、
−光増幅を与えるよう動作可能な半導体利得装置と、
−回折格子、特に透過回折格子を含む波長選択要素と、
−光再方向付け器とを含み、
利得装置、光再方向付け器および回折格子を、相互に配置して、光共振器を、利得装置によって発せられ回折格子によって回折される光部分に対して確立し、
光共振器は外部キャビティレーザー共振器であり、
光源は、共振器において循環する放射の波長選択要素（特に前記回折格子）上への入射角を変動させることによって、共振器放射波長を前記入射角に依って選択することが可能である。

光再方向付け器は、共振器における光が間を往来する共振器端部要素を含む。共振器端部要素は、（そのうちの１つが、光の一部を出力結合するよう部分的に透明であってもよい）ミラーであってもよく、または、代替的実施例では、端部要素の１つは、反射において動作される格子、例えば前述の回折格子であってもよい。共振器端部要素に加えて、光再方向付け器は、光の伝搬に影響を及ぼすさらなるミラー、プリズム、レンズなど、または他の要素を任意で含んでもよい。

この発明の概念は、入力光線を波長選択要素（特に前記回折格子）に関して傾けることにより波長λが選択される方策に基づく：λ＝ｆｃｔ（入力角度）。波長選択要素は異なる波長の光線を異なる方向に向け、特定の波長範囲についてのみ、共振器条件が満たされ、一方、この波長範囲外の光部分は共振器において往復循環することはできない。

前記回折格子は透過回折格子であることが規定できる。このようにして、増大した分解能が、光源の非常に小さいフォームファクタを維持しながら達成されてもよく、なぜならば、光は、前記光共振器において一回往来伝搬する間に透過回折格子において２度回折されることができるからである。この場合、前記光共振器は、利得装置によって発せられ透過回折格子を通して透過される光部分に対して確立される。代替的に、前記回折格子は反射回折格子であり得る。

さらに、回折格子は静的（静止状態）であることも規定できる。これは通常当てはまる場合である。回折格子は、例えば基板に関して機械的に固定することができる。それは、特に、前記光再方向付け器および／または前記利得装置に関して固定することができる。静的な回折格子では、格子は波長走査中には移動しない。非常に迅速な波長走査は、静的な回折格子、および波長選択要素（特に回折格子）上への入射角を変更するために設けられる方向変動装置で、達成可能になり得る。他の態様では方向変動装置を用いることにより（より簡単に）達成可能であるにもかかわらず、好適な回折格子の典型的なサイズおよび質量のため、回折格子を移動させることによって、高速の走査速度を達成することは、多くの場合、可能ではないか、または少なくともかなり困難である。

多くの実施の形態では、光源は、（通常は静止している）波長選択要素上に入射する光の方向を変動することができる方向変動装置を含む。方向変動装置は、特に、利得装置から来る光の波長選択要素（および特に回折格子）上へのその入射角を変動することができるように、利得装置から来る光を偏向させてもよい。あるグループの実施の形態においては、方向変動装置は、例えばＭＥＭＳミラーなど、作動されるミラーのような、または振動する光ファイバのような、光を偏向させる可動要素を伴う光偏向器を含む（振動する光ファイバ、および振動する光ファイバを含む掃引される光源についての、より多くの詳細は、R. Isagoらによる「光ファイバの振動を用いる１５０ｋＨｚの掃引速度を伴う波長掃引レーザー（A wavelength swept laser with a sweep rate of 150 kHz using vibrations of optical fiber）」、ＳＰＩＥ論文集７００４巻７００４１０−１において見出すことができ、その全体をここに引用により援用する）。適用例によっては、可動要素は共振する態様において振動するという点において移動してもよく、または、擬似ＤＣ形態、もしくは実際の位置は制御電圧のような制御パラメータによってすべての時間において実質的に設定される「真の」ＤＣ形態において移動してもよい。方向変動装置を実施する代替的態様は、電気光学的光線偏向器を設けることを含む。電気光学的光線偏向器の下では、我々は、材料の一部を含む装置であって、材料の一部は、材料への電気信号の印加によって、材料において伝搬する光の伝搬の方向を変動させることができることを理解する。そこにおいては、特に固体材料が対象であり、および、特に、材料の前記部分は、半導体構造またはＫＴＮ結晶のような非線形の光学結晶であり得る。通常、該材料の部分は、光のための入射面および出射面を設ける。半導体構造に基づいた電気光学的光線偏向器は、より詳細にさらに以下に記載される。非線形の光学結晶に基いた電気光学的光線偏向器についてのより多くの詳細は、例えば、公開物の、Shogo Yagiらによる「機械的に自由な１５０ｋＨｚ繰り返し波長掃引が組み込まれたＫＴＮ電気光学的偏向器（A Mechanical-free 150-kHz Repetition Swept Light Source Incorporated a KTN Electro-optic Deflector）」、ＳＰＩＥ論文集７８８９巻７８８９１Ｊ−１、およびJ. Miyazuらによる「ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３結晶を用いる４００ｋＨｚ光線走査（"400 kHz Beam Scanning Using KTa_1-xNb_xO₃Crystals）」、ＣＬＥＯ／ＱＥＬＳ、論文ＣＴｕＧ５（２０１０）において見出すことができ、それらの全体をここに引用により援用する。電気光学的光線偏向器の上記の定義は、さらに、ポッケルス効果（ポッケルスセル）に基づいた装置を含む。少なくとも現在の知識によれば、ポッケルス効果に基づいた電気光学的光線偏向器は、光源の寸法が非常に小さくなければならないかまたは特に高速の走査速度が必要である適用例に対して好適ではないようなので、そのような偏向器はこの発明においては排除されてもよい。

波長選択要素は、共振器の端部要素を構成する反射性端部表面を含んでもよく、（したがって、同時に、言及された光再方向付け器の１つである）。これらの実施の形態においては、波長選択要素は、回折格子（特に２つのプリズム間の透過回折格子）を含み、共振器端部要素を構成するブロックを含み、特にそのようなブロックであり得る。ほとんどの実施の形態では、反射性端部表面はミラーを構成する。ミラーの代りに、そのような反射性端部表面はさらなる格子、特に準リトロー構成における格子であってもよい。

代替的実施例では、共振器端部要素は波長選択要素とは離れており、空気間隙のような気体間隙が波長選択要素と端部要素との間に配される。さらに、そのような代替的実施例では、端部要素は、端部ミラーを含んでもよく、または再帰反射型格子であってもよい。

いずれにせよ、波長選択要素が共振器端面近くに位置することを規定することは有利であり得る。特に、利得要素および（もし設けられた場合には）光遅延部の両方は波長選択要素より方向変動装置の他方の側において位置することを規定できる。

これらの実施の形態では、格子を通して透過された光は、共振器端部要素の１つによって反射されて、特に、恐らくはプリズム、および以下に説明されるように周期性フィルタとして機能する考えられ得るエタロンを除いて、どのような光遅延要素も通過することなく、格子に戻る。

そのような設定の利点は、小さな光偏向器を、設定全体の可能な簡潔性とならんで、用いることができる（光偏向器上の入射点は波長に依存しない）点である。

さらに、この発明の多くの実施の形態においては、レーザー共振器内に透過型格子を置くという概念に内在する複光路概念形状の簡潔さにもかかわらず、増大した分解能を生じさせる。

光の別個の波長に対する要素の「分解能」または「色分解能」はＲ＝λ／Δλとして規定され、λは波長であり、Δλは最も小さな分解可能な波長差である。回折性の要素に対しては、解像限界は、分離された光部分の最大値（回折最大値）に適用されるようなレイリー基準によって判断されてもよく、つまり、一方の最大値が他方の第１の最小値に位置するとき、２つの波長がまさに分解される。

代替物によれば、透過回折格子の場合、（原則として、前述の方向変動装置のように実施することができる）放射偏向装置を、格子の「後ろ側」において、つまり利得装置が配置される側の反対の、透過回折格子の側において、配置してもよい。したがって、放射偏向装置に向かって伝搬する透過回折格子を通して透過された光は、可動共振器端部要素であり得る放射偏向装置によって格子に反射し返される。次いで、可動共振器端部要素は、光源帯域幅全体の光部分を反射するために十分なサイズを必要とする。

多くの実施の形態からの特定の特徴によれば、波長選択要素は、プリズム上格子の構成（ＧＲＩＳＭ）を含む。これにおいては、回折格子は、単一のプリズム上に、または特に透過回折格子の場合には、２つのプリズム間に配置される。さらに、２つを超えるプリズムおよび／または１つを超える格子を伴う設定も、可能である。ＧＲＩＳＭでは、プリズムの分散能は、回折格子の選択性を増大させてもよく、および／または入力角度と波長との間の非線形の関係が平坦（平滑）にされ得るように用いることができる。同様に、一般に回折格子上への異なる入射角のためにスペクトル範囲全体にわたって一様ではない分解能を、スペクトル調整範囲にわたってより均質の分解能を示すように平坦（平滑）にすることができる。加えて、プリズム（複数可）は、回折格子のために機械的な保護を与えることができる。格子は表面レリーフ透過型格子であることを規定することが可能である。

さらに、（特に、例えばＧＲＩＳＭにおいて回折格子に取付けられた、）湾曲した入射表面を有するプリズムを設けることも可能である。そこでは、凹状プリズム形状が可能であるが、さらに凸状プリズム形状も可能である。凹状プリズム形状の場合では、入射表面は特に円形の形状を描くことができる。凸状プリズム形状の場合には、入射表面は円形の形状を描くことができるが、それはむしろ非円形の形状を描くことができる。

波長選択要素は少なくとも１つの湾曲した回折格子を含み、この湾曲した回折格子は、いずれにしても波長選択要素に含まれる前述の回折格子と同一または異なり得ることを規定できる。

この発明の特定の局面においては、光源は、前述の第１の半導体利得装置に加えて、光増幅を与えるよう動作可能な第２の半導体利得装置を含み、方向変動装置は、第１の半導体利得装置において増幅された光および第２の半導体利得装置において増幅された光を受け、受取られた光のさらなる伝搬の方向を変動することができるように配される。加えて、第３の、またはさらなる半導体利得装置を設けることも可能である。そのような光源は波長多重化を可能にし得る。異なる半導体利得装置のＡＳＥ（増幅された自然放出光）スペクトルは、通常異なり、それらは、重複または非重複であり得る。この発明の前記局面においては、光源は２つの異なる波長、特に、明確に間隔を置かれた波長の光を同時に発し走査することを可能にすることができる。第１および第２の半導体利得装置は、光源の１つの光共振器または２つの光共振器に含まれる。特に、（少なくとも）２つの異なる半導体利得装置を伴う２つの異なる実施の形態が記載される。

第１の実施の形態では、少なくとも１つのビームスプリッタが、少なくとも２つの別個の（部分的な）光線経路を形成するために設けられ、前記第１および第２の半導体利得装置は、前記少なくとも２つの別個の光線経路のうちの異なる光線経路に配置される。この場合、両方の（またはすべての）半導体利得装置は１つの同じ光共振器内に配置することができるが、２つの部分的に重複する（または部分的に同一の）光共振器が形成されることを規定することも可能である。（第１の半導体利得装置で生成された光、および第２の半導体利得装置で生成された光に対して）単一の方向変動装置のみを用いることが可能であり、単一の波長選択要素のみ、例えばこの特許出願に記載される単一のＧＲＩＳＭまたは他の波長選択要素の１つを設けることが十分であり得る。異なる半導体利得装置が配置される別個の光路は部分的な光線経路として考慮することができ、そこでは、（少なくとも一般に）異なる波長の光が伝搬する。これらの別個の光路は論理的に平行な光線経路として考慮することができる。１つ以上のビームスプリッタによって、別個の光路は、通常、それらを２つの平行な光路に、または、より特定的には、２つの同軸の光路に変換するように、組み合わせられ、対応する平行の、または同軸でさえある光線は、方向変動装置に当たって、波長選択要素上に入射する光の方向の前述の変動を達成する。この第１の実施の形態は、これらの半導体利得装置の重複するＡＳＥスペクトルの場合において特に好適であり得る。

第２の実施の形態では、前述の第１の波長選択要素に加えて、第２の波長選択要素が設けられる。そして、前述の第２の半導体利得装置、および／またはさらなる光再方向付け器、ならびに第２の波長選択要素は、さらなる第２の光共振器が第２の半導体利得装置によって発せられた光部分のために確立されるように、相互に配置される。第２の光共振器は外部キャビティレーザー共振器であり、方向変動装置は、第２の波長選択要素上に入射する光の方向を変動させることにより、共振器放射波長を第２の波長選択要素上の光の入射角に依って選択することを可能にする。この第２の実施の形態では、２つの光共振器は両方とも同じ方向変動装置を利用して形成される。その結果は、（明確に）異なる波長の光線について、本質的に同期された波長走査を生じさせることが可能である、ということである。これは、特に光干渉断層撮影適用例の場合において有利であり得るが、他の適用例でも有用であり得る。この第１の実施の形態は、半導体利得装置の（実質的に）重複しないＡＳＥスペクトルの場合に、特に好適であり得るが、（実質的に）重複しないＡＳＥスペクトルの場合に適用することもできる。

異なる波長の光の同時生成に対して１つの同じ方向変動装置を利用することは、２つの異なる方向変動装置を用いることから来る問題がない。それらの問題は、例えば光を偏向させる可動要素（例えばＭＥＭＳミラーのような作動されるミラー）の場合、製造性の問題によることがあり得、例えば同じ（または少なくとも十分に等しい）共振周波数を有する２つの共振して動作可能なミラーを製造または見出すことを困難にする。

（さらなる半導体利得装置を伴う前述の特定の局面の規定または非規定とは独立した）あるグループの実施の形態では、光源は、レーザー共振器内において配置された（ファブリーペローエタロンのような）周期性フィルタを含む。周期性フィルタは、外部レーザーキャビティにおいて認められるモードの数を低減すること、およびそれによって分解能をさらに増強することを助ける。波長走査中において、例えば、動作は、鋭く規定されたピークから鋭く規定されたピークに跳んでもよい。

そのような周期性フィルタは、ファブリーペローエタロン、またはさらには光学的リング共振器などのような任意の他の好適な手段によって構成されてもよい。それは、第１の選択肢によれば、方向変動装置の利得要素側に置かれてもよい。第２の選択肢によれば、ファブリーペローエタロンは、さらに、波長選択要素の一部であってもよく、または方向変動装置と波長選択要素との間、または波長選択要素「の後ろに」、つまり波長選択要素と共振器端面との間に置かれてもよい。

多くの実施の形態では、光源は、さらに、簡潔に遅延部とも呼ばれる、光遅延部を含む。１つより多い遅延部を設けることも可能である。遅延部は、光共振器において、利得装置が配置される側と同じ波長選択要素の側に配置されてもよい。それは、（通常固体の）材料からなるブロックを含んでもよく、十分に規定された光線経路長を伴う光線経路が、利得装置によって生成される、遅延部内において伝搬する光に対して規定される。遅延装置における光線光路長は例えば共振器の光路長の少なくとも４０％を構成してもよい（光線光路長は、物理的な長さ×屈折率として計算される）。一般的に、遅延装置は、材料からなるブロックにおいて伝搬する光部分を往来反射するために複数個の反射面を含む。加えて、または代替物として、遅延装置は、少なくとも部分的に、導波路によって定義されてもよい。

そのような遅延部は多重平面の共振器設計の一部であってもよく、共振器において案内される光は、第１の面、および第１の面とは異なる第２の面を規定し、偏向構成は、共振器において循環する光を第１の面から第２の面に偏向させる。共振器において循環する光は、次いで、例えば、遅延部においては第１の面において伝搬し、波長選択要素においては第２の面において伝搬してもよい。さらに、共振器において伝搬する光は、加えて、第３の面において伝搬することを規定することが可能である。第１および第２の面は、一般的に任意の態様において互いに関して向き付けることができ、平行な向き付け、およびある場合には垂直な向き付けが、特に好適であり得る。同じことが、第３の面および恐らく既存のさらなる面に、第１の面および／または第２の面に関して、当てはまる。

屈折率ｎ＞１を伴う（通常）固体の材料からなる遅延部は、より小さな屈折率の（通常気体の）材料が用いられる場合ほど光線発散の一因とならず、加えて、同じ光路長の実現に対して必要とされる空間がより少ない。これらはすべて、特に小さな光源の製造を可能にすることに貢献できる。これらの効果は、光源に恐らく存在する遅延部だけでなく、そこに存在するプリズムにも当てはまる。

利得装置は、例えば半導体光増幅器（ＳＯＡ）であり得る。それは、特に共振器によって規定された光路（一方の端部から他方の端部への一回の移動）のおおよそ中間、例えばこの光路長の５０％±２５％の位置において、より特定的にはこの光路長の５０％±１５％の位置において、配置することができる。

光源は、波長調整可能な光源が所望される任意の適用例に対して用いられてもよい。ある例によれば、光源は波長掃引光干渉断層撮影（ＳＳ−ＯＣＴ）に対して光源として用いられてもよい。ＯＣＴ装置は、光源に加えて、干渉計（またはその一部）、および１つ以上の検出器を、ｋ−クロック、絶対波長トリガ、走査機構のようなさらなる要素とならんで、含んでもよい。

この発明は、さらに、光源に加えて、
−光源と光通信を行ない、光源によって生成されサンプルから返される光の一部を、光源によって生成され参照経路から返される光の一部と結合するよう動作可能である干渉計の一部と、
−干渉計からそのように結合された光を受けるよう位置決めされる検出器ユニットとを含む、ＯＣＴモジュールに関する。

特にそれは加えて、
−光学素子ユニットを含み得、光学素子ユニットは、光源から生じる光部分をサンプル上の合焦点上に合焦させること、および走査を実行するのに好適であり、前記合焦点およびサンプルは互いに対して移動される。

変動する波長の光線を生成する方法は、
−回折格子、特に透過回折格子を含む波長選択要素を設けるステップと、
−半導体利得装置において光を増幅するステップと、
−利得装置によって発せられ回折格子によって回折される光部分に対して外部キャビティレーザー共振器を確立するステップと、
−波長選択要素上に入射する光の方向を変動させることにより、共振器放射波長を波長選択要素上の光の入射角に依って選択するステップとを含む。

図面の簡単な記載
以下において、この発明の実施の形態および局面が図面を参照して記載される。図面はすべて概略的であり、尺度決めされず、同じ参照番号は、同じかまたは類似の要素を指す。

外部キャビティレーザーの実施の形態を示す。 さらにキャビティ端を構成する波長選択要素の実施の形態を示す。 さらにキャビティ端を構成する波長選択要素の実施の形態を示す。 さらにキャビティ端を構成する波長選択要素の実施の形態を示す。 ２つの透過型格子を伴う波長選択要素の実施の形態を示す。 さらなる格子が準リトロー条件の下で動作される波長選択要素の実施の形態を示す。 反射型格子によって構成された別個の共振器端を含む波長選択要素の実施の形態を示す。 ファブリーペロー周期性フィルタを伴う波長選択要素の実施の形態を示す。 ファブリーペロー周期性フィルタを伴う波長選択要素の実施の形態を示す。 周期性フィルタの代替的実施例を示す。 レーザーの別の実施の形態の上面図を示す。 レーザーの別の実施の形態の部分的な側面図を示す。 外部キャビティレーザーを含む光源システムの図である。 凹状面を伴うプリズムを含むＧＲＩＳＭとして実施される波長選択要素の図である。 凸状面を伴うプリズムを含むＧＲＩＳＭとして実施される波長選択要素の図である。 ＧＲＩＳＭに別個の格子を加えたものとして実施される波長選択要素の図である。 ＧＲＩＳＭに別個の格子を加えたものとして実施される波長選択要素の図である。 ２つの透過回折格子および３つのプリズムを伴うＧＲＩＳＭとして実施される波長選択要素の図である。 ２つの反射回折格子を伴うＧＲＩＳＭとして実施される波長選択要素の図である。 １つの反射回折格子を伴うＧＲＩＳＭとして実施される波長選択要素を伴う光源の図である。 湾曲した回折格子を伴うＧＲＩＳＭとして実施される波長選択要素を伴う光源の図である。 波長多重化を可能にする２つの利得装置を伴う光源の図である。 波長多重化を可能にする２つの利得装置を伴う光源の図である。 方向変動装置として使用可能な電気光学的偏向器の図である。 電気光学的光線偏向器の概略的な斜視図である。 １つの量子井戸を伴う、半導体に基づいた電気光学的光線偏向器の側面図である。 ２つの量子井戸を伴う、半導体に基づいた電気光学的光線偏向器の側面図である。 リッジ導波路構造を伴う、半導体に基づいた電気光学的光線偏向器の前（面）図または背（面）図である。 埋込み型導波路構造を伴う、半導体に基づいた電気光学的光線偏向器の前（面）図または背（面）図である。

実施の形態の詳細な記載
この発明の第１の実施の形態のレーザー光源１が、図１に示される。レーザーは、半導体光増幅器１１（ＳＯＡ）を利得要素（または利得装置）として含む。ＳＯＡはｐｎ接合上に電流を注入することによってポンピングされる。電気的にポンピングされるＳＯＡ（およびＲ−ＳＯＡ）は、当該技術分野において公知であり、ここではこれ以上詳細には記載されない。

光遅延部１３は制限された空間で光学的なレーザーキャビティ長を増大させるために働く。コリメータレンズ１２−それは、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮ）もしくは他の好適なレンズ（例えば非球面レンズまたは無彩色レンズ）または鏡（例えばオフ軸放物面鏡）であってもよい−は、キャビティにおいて循環する光を利得要素１１上で平行にするために働く。遅延部１３は、反射面を伴う、シリカ、ガラスまたはポリマーのような透明材料からなるブロックを含む。反射面は、全反射のため、および／または適用される反射性コーティングのため、完全に反射性であってもよい。反射面に加えて、光遅延部１３は、さらに、入力結合面および出力結合面として働き、高い透過率のために最適化される、２つの面を含む。そのような光遅延部およびそれらの利点に関するより詳細な教示は、その全体をここに引用により援用されるＷＯ ２０１０／１１１７９５ Ａ１に見出すことができる。

レーザー１のレーザーキャビティの境界は、キャビティから規定された部分を伝達する出力結合ミラー１５、および波長調整構成によって定められる。波長調整構成は、走査要素として、可動ミラー２１（または走査ミラー）、ならびに特に図１の実施の形態においては格子およびプリズムの構成２０である波長選択要素２０（非常に広い文言の意味においては分散性要素である）を含む。格子およびプリズムの構成２０（ＧＲＩＳＭ２０とも呼ばれる）は、２つのプリズム２３および２４を、透過回折格子２５がそれらの間にある状態で含む。透過回折格子２５は、この実施の形態および他のすべての実施の形態において、例えば、体積位相ホログラフィ格子（ＶＰＨ格子；体積位相格子ＶＰＧとも呼ばれる）、または任意の他のタイプの透過型格子、例えば周期構造または恐らくはチャープ構造を伴う表面レリーフ格子であってもよい。さらに、回折型格子は、反射型格子として、特にプリズム（反射型ＧＲＩＳＭ）との組合せで実施されることが可能であることも注目され、さらに以下を参照されたい。

利得要素側（多くの実施の形態では、それは遅延部側でもある：多くの場合、遅延部１３および利得要素１１が走査要素２１（可動ミラー）の同じ側にある場合、有利であるが、それらをその異なる側に配置することも可能である）から波長選択要素２０に向かって伝搬する光は、可動ミラー２１によって偏向させられ、第１のプリズム２３に入る。そこから、それは回折格子２５に伝搬する。第２のプリズム２４における１次（または恐らくさらに高次）回折光線部分は、レーザーキャビティの（出力結合ミラー１５に加えて）第２の端部として同時に働く反射性端面２６に伝搬する。光線は、反射性端面２６に、それに対して直角に当たり、それは、同じ経路で回折格子２５および第１のプリズム２３を通って伝搬して可動ミラー２１に戻る。

ＳＯＡ１１およびコリメーション光学素子１２を遅延部１３の一方の側に配置し、走査要素２１を他方の側に配置する（すべてのそのような位置および順序および構成は、当然、光路に関する）代りに、それらを遅延部１３と走査要素２１との間に配置することも可能である。

さらに、光線成形はもっぱらコリメーション光学素子１２によって達成されなくてもよく、加えて、この特許出願において記載されるように、例えばプリズムまたはさらなる回折格子の入射表面のような、さらなる要素または表面がそれに寄与してもよい。

可動ミラーが走査する（示された実施の形態では、それは、図面の面に垂直な軸のまわりの回転運動によって概略的に示される）と、透過型格子２５上の入射点および入射角は変化し、結果的に、光が反射性端面２６に直角に入射するという条件が満たされる波長は変化する。結果として、共振器波長（または共振器波長範囲）はミラー２１の移動によって走査することができる。格子およびプリズムの構成２０のプリズムの端面、つまり光が格子およびプリズムの構成２０に入るかまたはそれから出るプリズムの面での屈折によって、格子およびプリズムの構成２０の回折度数を増大させてもよい。図１の実施の形態では、これは、プリズム２３のみ（すなわち図１において右側に描かれるプリズム２３の表面）に当てはまり、仮に反射性端面２６が存在せず、プリズム２４に取付けられていない（または少なくとも完全に取付けられてはいない）ミラーと置換される場合には、プリズム２４に当てはまるであろう。そのような屈折プリズム端面は、すべての波長に対してより一定の分解能を提供するために光源１において達成される波長フィルタ処理の全分散を「平坦にする」（平滑にする、またはより一定にする）ことに貢献し得る。典型的には、相対的により長い波長に対しては、格子の分解能は、相対的により小さな波長に対してよりも高く（それは、一般的に、逆でもあり得る）、したがって（プリズム端面のような）傾けられた表面は、格子２５上の楕円の光線形状が最初は円形の光線から達成されるように配置することができる。より多くの数の格子線のこのように達成される利用は、分解能を「平坦にする」ことのために調整することができる。

格子（格子２５）が２度通過される構成の利点は、所与の数の照射された格子線に対する分解力（分解能）が増大されるということである。加えて、プリズムの効果、およびそれらへの、より平坦でない入射角を伴う、可能な形状のため（上記の段落を参照）、分散性要素２０の分解能は、典型的には約７０°以上の大きな入射角で動作されるように向き付けられるリトロー構成における標準的な反射型格子に対するよりも、スペクトル範囲にわたって、より平坦（より一定）である。このように達成可能な、より平坦な（より一定の）分解能特性は、（特にプリズムが取付けられない）同様の反射型格子の場合に対して、スペクトル性能を改善する。

さらなる利点は、複光路構成であるにもかかわらず、分散性要素は、特に、示されるように、第２のプリズム２４の端面が反射しているか、または共振器の反射端部がＧＲＩＳＭ構成のすぐ近くに置かれる場合、依然としてコンパクトである、という点である。反射性端面２６は、（コーティングによって、または予め製造されたミラーを接着などにより取付けることによって設けられる）ミラーによって形成されてもよく、または統合もしくは取付けられた反射型格子であってもよい。

図２は、多少より詳細に、図１のレーザーに示される種類のＧＲＩＳＭ分散性要素を示す。さらに、最小波長λ_ｍｉｎ、中心波長λ_ｃおよび最大波長λ_ｍａｘの、３つの異なる波長の光線の光線経路が示される。第１および第２のプリズム２３および２４の屈折率ｎ_１およびｎ_２は等しくてもよく、または異なっていてもよい。ｎ_１＝１および／またはｎ_２＝１であることも可能であり、その場合、１つまたは両方のプリズムを省いて、空気または保護気体と置換してもよい。多くの状況において、ｎ_１＞１およびｎ_２＞１が好ましく、（必ずしもではないが）実践的な理由からは、しばしば、ｎ_１＝ｎ_２が選択される。第１のプリズム２３上の入射角βは、プリズム２３によって反射される光部分によるさらなる共振器モードを防ぐように、（走査中において生じるすべての角度に関して、およびしたがってλ_ｍｉｎからλ_ｍａｘまでのすべての波長に関して）９０°とは異なるように選択することがあり得る。図２において、そのようなさらなる共振器モードは、走査動作下において、角度の一部に対しては存在せず；λ_ｍａｘの近くのみ、これは当てはまらない。図２における破線は、透過型格子２５を構成する材料と第１および第２のプリズムそれぞれとの間の界面上における法線を示す。入射光線および（典型的には１次）回折光線それぞれとそれぞれの法線との間の角度γおよびδは、等しくてもよく（格子に関して対称の構成）、異なっていてもよい（非対称の構成）。回折格子での角度は、格子の面法線を参照し、屈折表面での角度は、図においては、表面を参照するように描かれるが、しかし、これらの角度を、計算において、例えばスネルの式において用いるときは、いかなる当業者にも明らかなように、面法線を参照する角度が取られなければならない。

さらに、屈折率ｎ_１および設定の外形の選択は、最大角（示された構成では最大波長λ_ｍａｘ）γでは全反射（ＴＩＲ）に対して臨界角未満であるように行われなければならない。ＴＩＲが生じ得るのは、入射プリズム２３が格子構造（または格子層）より大きな屈折率ｎ_１を有する場合、またはプリズム２３と格子２５との間に存在する光学セメントのような接合材料が、プリズム２３より低い屈折率を有する場合である。

ＧＲＩＳＭ分散性要素２０の別の変形物が、図３に示される。入射表面（つまり可動要素によって偏向された光線が入射する第１のプリズム２３の表面）は、それが図２の構成において有する向きに関して傾けられる。示された向きにおいて存在するそのような傾斜は、走査中において生じるすべての入射光線に対して入射角β＞９０°（βは図において示されるように規定される）に至り、レーザーキャビティ内の残余の反射を防ぐかまたは少なくとも低減し、さらに、分散性要素２０の分解能特性を平坦（平滑）にする（つまり分解能の波長依存性をより一定にする）のを助けてもよい。共振器条件が満たされる、より小さな波長光の第１のプリズム２３上の入射角は、共振器条件が満たされる、より大きな波長光の前記プリズム２３上の入射角より鈍角である。副次的効果として、プリズム２３の分散は全体的な分散を増大させる。第２のプリズム２４の外側表面は、回折光線経路におおよそ平行（および反射性コーティング２６におおよそ垂直）であるか、または異なる角度で配置されて、０次回折光線の入射の角度αがこの外側表面に垂直ではなく、やはり、さらに望まれないレーザーモードを回避することを保証する。

図４はさらなる変形物を示す。入射表面は（走査中において生じるすべての入射角に対して）β＜９０°を達成するように傾けられ、格子上の入射は相対的に平坦である（例えばγ＞５０°）。再び、これは、レーザーキャビティ内の残余の反射を抑えることを可能にするであろう。図４の構成は、プリズム２３によって引起される光線形状の変形の発生のため、λ_ｍａｘに対する最大分解能を増強する。例えばプリズム２３の入射表面上に当たる（断面的に）丸い光線の場合では、光線は、プリズム２３内では、わずかに楕円の形状を有して継続する。（より高いλに対して）βが小さいほど、この影響はより顕著である。

（帯域幅の減少および／またはアセンブリサイズの増大の代償による）さらなる増強された分解能が、図５において示されるような１つ以上の格子を通る２つを超える経路を伴う多重経路構成によって達成される。示されるのは、３つのプリズム２３、２４、２７が互いに取付けられ、透過型格子２５、２８が、それぞれ、対のプリズム２３、２４および２４、２７の間にある、（例えば接合された）嵩高いアセンブリである。最後のプリズム２８は、再び反射面２６を設けられる。

図５の構成に対して記載される効果と同様の効果が、さらに、２つまたはそれより多い透過回折格子を１列に置き、反射器を端部に置くことによって、または透過型ＧＲＩＳＭおよび反射型構成（例えば図２〜図４の１つに示されるような反射型ＧＲＩＳＭ）を１列に置くことによって、達成され得る。

図６は、第２の格子２８は、透過型格子の代りに（例えばホログラフィまたは表面レリーフ格子であってもよい）反射型格子として働き、先の実施の形態の端部反射器２６を置換し、格子２８は準リトロー構成において配置される変形物を示す。

１つより多い格子を伴う構成は、所与の所望の分散に対する格子線密度に対する要件を緩和するか、または要求によって、照射される格子線の数を増大することによって分解能を増大する。

図１３は、特に凹状形状を有する光入射表面を含む、凹状面を伴うプリズム２３を含む波長選択要素（特定的にはＧＲＩＳＭ）を示す。入射表面は、ここでは、円筒（内側）表面の一部を描く。形状は、方向変動装置に、特定的にはＧＲＩＳＭの相対的位置および向きにならびに凹状プリズム面に、調整することができる。例えば、方向変動装置２１としての、およびプリズム面の半径Ｒの円形の形状を伴う、ＭＥＭＳミラーの場合においては、ＭＥＭＳミラーの傾斜軸は、円形のプリズム面（半径Ｒの円が描かれる面に垂直なＭＥＭＳミラーの回転軸）に関してＲの距離に置くことができる。このように、凹状プリズム面での可能な屈折の使用は、全体的な分解能を増大および／または平坦にすること、または方向変動装置２１の必要な最大偏向角を低減すること対して、なされない。凹状プリズム面上に当たる光線は（プリズム表面が湾曲した面に）（わずかに）収束することを規定することが賢明であり、なぜならば、そのようにすると、光線は（プリズム表面が湾曲した面において）格子２５上に当たるときに平行にされることが規定できるからである。もちろん、ＭＥＭＳミラーの傾斜軸（または異なる方向変動装置の対応する軸もしくは点）を上述されたのとは違うところに置くことも可能であり、例えば図１３において示される事例を参照されたい。

図１４は、凸状面、特に凸状形状を描く光入射面を伴うプリズムを含む波長選択要素（特定的にはＧＲＩＳＭ）を示す。入射表面は、ここでは、円筒（外側）表面の一部を描く。形状は、方向変動装置に、特定的にはＧＲＩＳＭの相対的位置および向きにならびに凸状プリズム面に、調整することができる。そのような設計は入射光のより大きな（角度の）偏向およびしたがって方向変動装置のより大きな走査振幅を達成することを必要とするかもしれない。しかし、他方では、光線を、方向変動装置上に、特に、また、より大きな走査振幅および高速の走査速度に対してよりよく好適である、より小さなＭＥＭＳミラーを用いることを可能にしてもよい、対応するＭＥＭＳミラー上に、合焦させることが可能である。凹状表面は円形の形状を描いてもよいが、非円形の（非球面）形状を設けることは、その場所に存在する１つの波長に対する局所的な湾曲を最適化することを可能にして、局所的な湾曲が波長最適化されたレンズとして機能することを例えばさらなるコリメーションに対して可能にする。さらに、加えて、収差の効果を最小限にすることができる。

もちろん、それぞれ、図１３および図１４の実施の形態に対して記載された凹状および凸状のもののような湾曲したプリズム面は、この特許出願において記載される他の実施の形態においても適用を見出すことができる。

図１５は、波長選択要素、特定的にはＧＲＩＳＭ＋別個の（反射型）格子８７を示す。分解能は光源における重要な大きさであり、なぜならば、それは、生成された光の干渉長にかなり影響を及ぼすからである。図１５において示されるような波長選択要素を用いると、改善された（増大した）分解能を達成することができ、なぜならば、格子２５の増大した数の線、および格子８７の増大した数の線を照射することができるからである。これは格子８７上のかすめ入射（典型的には、面法線に相対的に近い回折角と組み合わされた格子法線に対して４５°より上）による。最初は丸い光線を用いると、光線は格子８７上で楕円の形状を描き、したがって格子８７上においてより多くの格子線を照射し、さらに、特に、格子２５においては、増大した数の線が、例えば図２において示されるような構成に関して照射される。

図１５において示される実施の形態で達成可能なものと同様の効果が、図１６の実施の形態でも達成することができる。そこでは、透過回折格子８８は図１５における反射回折格子８７の代りに用いられる。

また、同様の効果を、図１７において示される実施の形態で達成することができる。そこでは、透過回折格子８８は、透過回折格子２５に取付けられるプリズム２３に取付けられる。そして、さらなるプリズム２９が、格子８８の他方の側に（任意で）取付けられる。したがって、ここでは、波長選択要素は、２つの格子および３つのプリズムを含むＧＲＩＳＭを含むか、または、むしろ、２つの格子および３つのプリズムを含むＧＲＩＳＭである。

さらに、２つの反射型格子を伴って、上記の効果を、図１８において示されるように、達成することができる。そこでは、方向変動装置２１も、（点線で）簡略に描かれる。この実施の形態では、光は利得装置と方向変動装置２１との間のその途中でＧＲＩＳＭのプリズムを横断するが、プリズムをその経路上で横断しながら、光線は格子で回折されない。

図１９では、１つのプリズム２３と１つの反射回折格子２５とを含む波長選択装置としてＧＲＩＳＭが用いられる、かなり単純な実施の形態が示される。後者はリトロー構成にある。さらに、ここでは、格子に取付けられた、光学的により密な媒体（例えばガラス）と組み合わせられた格子上のかすめ入射による増大した分解能の上記効果が、達成される。通常、そのような実施の形態では、（例えば、一般的に選択肢的なコリメーション光学素子１２によって生成される）平行にされた光線が、プリズム２３に入る。

図２０は、湾曲した格子８９が用いられる実施の形態を示す。この事例では、方向変動装置２１と湾曲した格子８９との間の光線は、通常は、発散する光線であり、そして、準リトロー条件下の湾曲した格子８９と格子２３との間においては、光線は、（格子８９の湾曲によって達成されるように）平行にされた光線である。もちろん、２つの格子は、両方とも、プリズムに、特定的には１つの同じプリズムに取付けられる（図２０には図示せず）ことを規定することも可能である。

図７においては、ＧＲＩＳＭの一部であり、第２のプリズム２４において統合されるかまたは第２のプリズム２４に取付けられた（典型的には接合された）図６の第２の格子２８は、別個の伝統的な反射型格子４１と置換される。反射型格子４１の代りに、伝達効率の増大のために、例えばプリズムなどのさらなる波長選択要素＋反射器を追加することが考えられる。これは、よりよいスペクトル帯幅に対する増大した分解能の利点を低減する（そして、ＧＲＩＳＭは、透過型ＧＲＩＳＭになり、もはや反射型ＧＲＩＳＭではなくなる）であろうが、そのような代替的な構成は特殊な状況においては有利かもしれない。さらなる代替物として、プリズム２４および／またはプリズム２３を省略することが考えられる。

さらなる変形として、両方の屈折率ｎ_１およびｎ_２をおおよそ１に等しいように選択することが考えられ、そのため、分散性要素は、もはやＧＲＩＳＭではなく、単なる独立型の透過型格子である。

あるグループの実施の形態に従うと、分散性波長調整構成は、周期性フィルタと組み合わせられるか、またはそれを含む。これは、分散性要素（ＧＲＩＳＭまたは他のもの）および周期性フィルタの十分に選択されたスペクトル特性の組合せのために外部キャビティレーザーにおいて認められるモードの数を低減することによって、周期的に（ｋ空間においてであり、λ空間においてではない）増大した干渉長を結果として生じる。

図８および図９の実施の形態では、この周期性フィルタは波長調整構成と組み合わせたファブリーペローエタロンである。

図８では、周期性フィルタはＧＲＩＳＭと一体のファブリーペローエタロン５１である。先に記載された実施の形態の端部反射器２６は、共振器端面を形成する別個の反射面５５と置換される。ファブリーペローエタロン５１は、第２のプリズム２４に対する界面における部分的に透過型のミラー５２、およびさらなる部分的に透過型のミラー５３を有する。ファブリーペローフィルタの２つのミラー５２、５３間の透明な光学媒体５４は、プリズム２３および２４の屈折率ｎ_１、ｎ_２の一方または両方に等しいかまたは異なり得る屈折率ｎ_３を有してもよい。特殊な事例では、光学媒体は気体、例えば空気であってもよい。エタロン５１は入射光に関して、特定的には、格子２５からの光入射に関して、および／または反射面５５からの光入射に関して、傾けられる。

図９は、図８に示される原理の変形を示す。ここでも、エタロン５１は入射光に関して、特定的には、格子２５からの光入射に関して、および／または反射面５５からの光入射に関して、傾けられる。エタロン５１と別個の反射面５５との間には、傾けられたファブリーペローエタロン５１の透明な光学媒体５４の屈折率より小さいか、より大きいか、または等しくてもよい屈折率ｎ_４を伴う（固体の）透明な材料５６からなるさらなるブロックがある。代替的な選択肢に従うと、エタロン５１と別個の反射面５５との間の空間は、気体、例えば空気によって満たされてもよい。

周期性フィルタを含む実施の形態では、周期性フィルタはファブリーペローエタロンである必要はなく、および／または分散性構成の一部であることを必要とせず、つまり、それは、さらに、レーザー共振器における可動要素２１の利得要素側にあってもよい。

代替的な周期性フィルタ６０の簡単な概略図が図１０に示される。キャビティにおいて循環する光は、光学的リング共振器６２に結合される第１の光導波路６１に案内される。第１の導波路６１を出てリング共振器６２に結合される光量は、光の波長に依存し、特定的には光の波長に（波長）周期的な態様において依存する。要件によっては、そのようなフィルタを通して透過される光は、第１の導波路６１を通して透過された光によって、またはリング共振器６２を介して選択肢的な第２の光導波路６３に結合される光によって構成されてもよい。前者の事例では、第１の導波路６１は、キャビティの一部を構成する。後者の事例では、第１の導波路６１の１つの分岐、リング共振器、および第２の導波路６３の１つの分岐が、キャビティの一部を構成する。

周期性フィルタ（または周波数櫛）のさらなる実施の形態が可能であり、この発明の実施の形態に従うレーザーのレーザー共振器の一部であり得る。

異なる波長の２つの光線を同時に生成するのに好適な２つの実施の形態が、図２１および図２２に示される。両方の事例において、異なるＡＳＥ（増幅された自然放出光）スペクトルを有する２つの別個の利得装置１１ａ、１１ｂが設けられる。１つの同じ方向変動装置２１（例えば可動ミラー）が、光源において用いられる。これは、異なる波長範囲にわたって固有の同期された同時の波長走査を与えることができる。

図２１では、２つの論理的に平行な（部分的な）光線経路が、各々１つの半導体利得装置１１ａおよび１１ｂをそれぞれ含んで形成される。これはビームスプリッタ１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂを用いて達成され、用語「ビームスプリッタ」は非常に広く一般的な意味において意味される。それらは、すべて、例えば半透明の鏡に基づいた従来のビームスプリッタであり得、ビームスプリッタ１６ｂおよび１７ｂは（従来の）ミラーでもあり得、一方、ビームスプリッタ１６ａおよび１７ａはさらにＷＤＭコンバイナ（光波長分割多重化コンバイナ）でもあり得る。出力結合ミラー１５は、利得装置１１ａ、１１ｂのいずれかにおいて生成された光に対して共通である。他の実施の形態におけるように、遅延部１３（概略的に破線を用いて示される）は貴重な選択肢になり得る。ビームスプリッタ１６ａにおいて、異なる波長の光線は、平行または同軸にされ、異なる波長の２つの平行または２つの同軸の光線は方向変動装置２１上に当たり、前述の態様で、波長選択要素２０上に入射する光の入射角は（図２１に破線で示されるように）変動される。２つの別個の、光を平行にする光学素子（各部分的な光線経路毎に１つ）、または１つの共通のそのような光学素子を、設けることができる。

さらに、ビームスプリッタ１７ａおよび１７ｂおよび出力結合ミラー１５を、１つの共通の出力結合ミラーによって、または２つの別個の出力結合ミラー（各部分的な光線経路毎に１つ）によって、または利得装置１１ａ、１１ｂの鏡付きの（反射性）端部によって、置換することも可能である。その場合、２つの部分的に同一の（部分的に重複する）光共振器が形成される。

ビームスプリッタは、偏光依存性または偏光無依存性であり得る。
特に、ＡＳＥスペクトルの最大値がかなり遠く離れている場合、（回折格子が動作可能な制限された波長範囲に対応するために）より高次の回折光線を利得装置１１ａ、１１ｂのうちの第１の利得装置において生成される光に対して用いることを規定できる。

図２２では、２つの光共振器が、各々利得装置（２６ａ／２６ｂ）、恐らくはコリメータ（１２ａ／１２ｂ）および波長選択要素（２０ａ／２０ｂ））を含んで形成される。両方の共振器は方向変動装置２１、例えばＭＥＭＳミラーを共有する。利得装置１１ａおよび１１ｂは図２２において示されるように鏡付きにされ得る（反射性端面２６ａ、２６ｂ）が、別個のミラー、または共通のミラーでさえ、または他のものであっても、共振器端面を形成するように設けることも考えられる。

上記から、図２１および図２２の実施の形態が、それぞれ、どのように、３つ以上の利得装置に一般化することができるか明らかであり、かくして、２つ以上の異なる波長の、同時に波長走査される光の発光を可能にする。波長多重化は、例えば、光干渉断層撮影装置において有用であり得るが、他のところでも有用であり得る。

さらに、光増幅器は、例えば、レーザー発振しない間ＡＳＥ背景を低減するために、および／または出力された光をスペクトルにおいて平坦にするために、および／または他の理由ために、時間において調整することができる。

例えばレーザーの、特にコンパクトな実施の形態の、特別な特徴が、図１１ａおよび図１１ｂに示される。図１１ｂは図１１ａのレーザーの波長走査構成を概略的な側面図において示す。

図１１ａのレーザーの第１の特徴は、利得要素１１が反射型半導体光増幅器（Ｒ−ＳＯＡ）であるということである。キャビティ端部ミラー１５は、利得要素１１の部分的に反射性のコーティングによって構成される。この第１の特徴は、キャビティにおいて結合損失がより少ないという利点を生じさせる。他方、（利得要素としての非反射型ＳＯＡの事例におけるように）別個のミラーを伴う実施の形態は、空間のホールバーニングに遭遇する傾向がより少なく、一般に、多重モード動作（結合されたレーザーキャビティ）に対してそれほど感度はよくない。

第１の特徴から独立して実現することができる図１１ａおよび図１１ｂのレーザーの第２の特徴（つまり、これらの特徴のうち、第１のもののみ、第２のもののみ、もしくはそれら両方を実現することができ、またはそれらのいずれも実現されないことも可能である）は、多重層平面設計である。光は、利得要素１１、コリメーション光学素子１２、および遅延部１３を通って、本質的に第１の面において案内されるが、偏向構成７１は第１の面に平行な第２の面に光を案内し、そこでは、一般的には、第１および第２の面の任意の相互の整列または向きが可能である。ＧＲＩＳＭ２０のような分散性波長選択要素２０および可動ミラー２１を含む波長調整構成では、光は第２の面において案内される。

特に、ＧＲＩＳＭ２０は、遅延部１３の上に置かれてもよい。例えば、それは例えば接着剤によってそれに取付けられてもよい。

ここに論じられた種類のレーザー１を含む光源の概略的な図が、図１２に示される。出力結合ミラー１５が利得要素の反射性コーティングまたは別個の要素である外部キャビティレーザー１のレーザーキャビティの外部において、下記の構成要素が配置される。

−利得要素と共に、光線を光線伝搬のためにファイバまたは光学フィードスルーに平行光にするよう機能する、コリメーション構成８１（例えばコリメーションレンズまたは複数個のレンズ）（以下を参照）。コリメーション構成は、非球面レンズであってもよく、または非球面レンズを含んでもよい。さらに、ＧＲＩＮレンズまたはミラーを用いることも考えられる。原則的には、ファイバへの直接結合も可能であろう。

−レーザーキャビティに戻るいかなる反射も防ぐよう、好ましくはレーザー１近くにある選択肢的な光アイソレータ８２。

−ＷＯ ２０１０／１１１７９５に記載される波長計のような波長計８４（またはｋ−クロック）に光線の一部を反射するビームスプリッタ８３。

−ビームステアリング再方向付け器８５。そのような手段は選択肢であり、望遠鏡などを形成するように、プリズム、くさび、ミラー、レンズの組合せによってのように、異なる方策で実現することが考えられる。一般に、そのような再方向付け器は、受動的であるが、結合効率の調整のために、１Ｄまたは２ＤのＭＯＥＭＳ（マイクロ−光−電気機械システム）のような能動的構成要素でもあり得る。光学フィードスルーがレーザー１により近いほど、そのような再方向付け器８５によって提供可能な光学的ビームステアリングはより重要ではなくなる。

−光学フィードスルー８８に光線を結合するための結合レンズ８７。（例えば導波路またはウィンドウであり得る）フィードスルーがどのように実現されるかによって、レンズは必要であるかまたは必要ではない。また、ミラーまたは他のタイプの合焦光学素子を用いることができる。

−光学フィードスルーとしてのファイバ８８。ファイバは、レーザー１に向かって戻る後方反射を防ぐために、角度をつけてクリーブされるかまたは研磨され得る。ファイバをレンズと組み合わせること、例えば、ファイバ上に接着された（真っすぐまたは角度を付けられた）ＧＲＩＮレンズも可能であり、結合レンズ８７およびファイバフィードスルー８８は、ともになって、単一の構成要素と見なされるであろう。

上記の構成要素は、必要に応じて、組み合わせて、各々単独で、または任意の下位組合せで、用いられてもよい。

示された構成において記載された要素は、すべて、共通の基板９０によって担持される。基板は、さらに、例えば、レーザー内で、ファイバ結合に対してとは異なる光線直径が好ましい場合に、基板９０より上に可能な異なる高さの光軸を形成するために、または（異なる厚みの）別個の基板上においてサブアセンブリを収容するために、いくつかのレベルで実現することができる。基板は、好ましくはセラミックから形成され、機械的安定性のために、相対的に厚く、例えば、少なくとも０．５ｍｍおよび／もしくは多くとも１０ｍｍ、または少なくとも１ｍｍおよび／もしくは多くとも６ｍｍである。

基板によって保持される構成要素は、機械的な保護を与えるケーシングによって包まれる。光共振器の構成要素はすべて前記ケーシングに配置することができる。ケーシングは特に密閉して閉じることができ、さまざまな環境的状況、例えばある気体／気体混合物または（ある度合の）真空の存在をそこに実現することが可能である。光学フィードスルー８８に加えて、ケーシングは、特に、レーザー１および／または前記構成要素の他の１つ以上の制御のために、複数個の電気的なフィードスルー９１を含む。

方向変動装置２１として、ＭＥＭＳミラーだけでなく、例えば振動する光ファイバまたは電気光学的光線偏向器など、さまざまな要素、装置または構成が用いられてもよい。振動する光ファイバの場合、利得要素からの光線は光ファイバの第１の端部に供給され、光ファイバを光ファイバの第２の端部から出る光は、（その方向の変動の下で）波長選択要素に伝搬し、方向変動は、例えばファイバの前記第２の端部を移動（振動）させることによって達成される。電気光学的光線偏向器の場合では、材料における光路は材料がかけられる電気信号を用いて変動される。例えば材料への電圧の印加による電界の印加または電荷担体の注入は、光が材料において伝搬する態様の変動を引起すことができ、特定的には、材料上への入射光線と材料を通って伝搬した後材料を出る光線との間の角度が変動され得るような態様で、材料の特性が変更される。これは、図２３において上面図で概略的に簡略に描かれ、α１≠α２は偏向を示す。矢印の方向は、光生成要素から、つまり利得装置から半導体構造２１を通って波長選択要素に向かう光路を示す。戻り経路は同じであるが、この図では示されない。

光は、装置２１（好適には構造化された材料を含む）に、第１の界面９１（正面の面）において、角度α１の下で入る。入射角（ＡＯＩ）α１は、法線（垂直）入射を指すであろう０であり得、またはこの第１の界面において望まれない反射を最小限にするために数度（例えば１°〜７°）であり得る。望まれない反射を抑えるために、反射防止コーティング（ＡＲＣ）をこの第１の界面に対して適用することができる。装置２１内では、光は光導波路に沿って進む。第１の界面９１において、光導波路は、β１の傾斜角を有する。（自由空間／雰囲気から）装置２１（より特定的にはその導波路）への最適結合が生じるのは、α１およびβ１がスネルの回折法則に従うときであり：
ｎ_ｅｘｔｓｉｎ（α１）＝ｎ_ｅｆｆｓｉｎ（β１）
式中、ｎ_ｅｆｆは半導体装置２１内の実効モード屈折率であり、ｎ_ｅｘｔは、通常は雰囲気（または別の気体もしくは真空）である、（第１の界面における）装置２１の外側の材料の屈折率であり、したがって屈折率ｎ_ｅｘｔは単位元付近にある。半導体装置に対しては、ｎ_ｅｆｆは、典型的には、（導波路寸法および周囲の半導体材料のような）光導波路の設計に依存して、３．０〜３．５の範囲にある。したがって、第１の界面９１における光導波路の傾斜角β１は、典型的には０°〜２°の範囲にある。

光導波路内を進む光は、角度β１より大きなＡＯＩβ２の下で第２の界面９２に入っている。電気光学的偏向器２１から出る光は、β２およびα２がスネルの法則に従う状態で、角度α２の下で回折される：
ｎ_ｅｆｆｓｉｎ（β２）＝ｎ_ｅｘｔｓｉｎ（α２）。

電気光学的偏向器の可能な実現では、角度β２は、ｎ_ｅｆｆの値および範囲によって、１０°〜２０°の範囲にある。これは、射出角度α２が次いで３０°〜９０°の範囲にあることを意味し、より大きな角度は、この発明において特に有用であり得る。

重要なことには、装置２１の実効モード屈折率は、装置２１への電気信号、例えば電圧信号、電流信号の印加によって変更することができる。電圧信号は、通常、ｎ層に電源の正（＋）の端子およびｐ層に負（−）の端子を接続することによるような、電気信号を逆方向に印加することによって印加され；電流信号は、通常、ｐ層に電源の正（＋）の端子およびｎ層に負（−）の端子を接続することによるような、電気信号を順方向に印加することによって印加される。電圧を介する逆方向における屈折率変更は公知であり、フランツ‐ケルディシュ効果によって記述することができる。しかしながら、この効果は、一般的に、屈折を変更する際よりも、電気信号の印加によって光吸収を変更する際に、より効果的である。半導体に基づいた電気光学的光線偏向器の実際的な実現のために、実効モード屈折率は、したがって、電流注入（順方向において電気信号を印加すること）によってかなり変動される。ｐコンタクトおよびｎコンタクトが例えば、図２４、図２７および図２８に示されることに注目されたく、ｐコンタクトおよびｎコンタクトは、原則的に、記載されるものに関して交換されることが考えられることが注目される。

ある例においては、３°〜１０°の偏向変動角度Δαが所望され、それは、電気的駆動装置信号の変更によって、出射角度α２が３°〜１０°だけ変更するものとすることを意味する。屈折率変更の量は、通常、（光が装置２１において伝搬する）能動領域の設計、および電気信号の適用可能性によって、制限される。しかし、増大した偏向変動角度Δαは、導波路傾斜角β２の増大によって達成可能であってもよい。結果的に、出射角度α２は、９０°のその最大可能な値まで増大してもよい。設計パラメータが適切に調整されるとき、０．１の小さな屈折率変更は５°〜１０°の偏向変動角度Δαを生じさせるのに既に十分であり得ることを達成することが可能である。

偏向器２１から出る光は、例えば、この特許出願において記載される回折格子または回折格子およびプリズムのアセンブリに向かって発せられる。伝搬の角度α２の他に、出射する光は、電気光学的偏向器２１の光導波路の開口数（ＮＡ）によって記載される発散角度を有する。これは、出射する光が伝搬しながら増大する光線直径を有することを意味する。その理由のため、出射する光は、例えば、回折格子と組み合せて用いられるとき、適切な光学素子によって平行にされるべきである。これは例えば、ボールレンズを用いることによって達成されてもよい。別の選択肢は、例えば、図２０に対して記載されるように、発散する光線に対する光線コリメーションを達成する凹状回折格子の使用である。導波路を含まない非線形の光学結晶に基づいた電気光学的光線偏向器は、通常、偏向される光線の増大した発散を示さない。

半導体光学光線偏向器２１の能動領域は、例えば２ｎｍ〜４０ｎｍの範囲に厚みを有する単一の量子井戸（ＱＷ）で、または同じかもしくは異なる厚み値を有する複数のＱＷで、実現することができる。光導波路は、例えば、リッジ導波路装置、または埋込み型導波路装置で実現することができ、後者は、典型的には、（光線コリメーションおよび他の光学部品にインターフェイスすることを考慮して）有利かもしれない、より円形のモードプロファイルを生成する。

図２４〜図２８は、可能な半導体に基づいた電気光学的光線偏向器をさらに示す。
図２４は、偏向されるべき光が伝搬する能動領域２．２と、典型的にはｐコンタクトとして作用する頂部層２．４と、典型的にはｎコンタクトとして作用する底部層２．３とを伴う電気光学的偏向器２１の概略的な斜視図である。

図２５は、頂部層３．４、能動領域３．２および底部層３．３を示す半導体偏向器２１の、可能な実現の側面図である。能動領域は、２つの障壁層３．７によって取り囲まれた１つの量子井戸３．５からなる。

図２６は図２５に類似した側面図であるが、能動領域は、２つの以上の量子井戸、具体的には１つの量子井戸４．５および少なくとも１つの他の量子井戸４．６を含む。２つ以上の量子井戸は、異なる化学量論的な組成および／または異なる厚みを有してもよい。

図２７は、リッジ導波路構造を伴う半導体偏向器装置２１の前または背（面）図であり、半導体材料のエッチングによって通常形成される隆起５．１、上側層５．４、能動領域５．２および下側層５．３を示す。典型的には、電気的なｐコンタクトは隆起５．１の上に実現され、電気的なｎコンタクトは下側層５．３の底部において実現される。下側層の底部は、エピタキシーによって成長される半導体構造が例えばＧａＡｓ、ＩｎＰまたはＧａＮ基板上に成長される半導体基板であってもよい。

図２８は、埋込み型導波路構造を伴う半導体偏向器装置２１の前または背（面）図であり、上側層６．４、能動領域６．２および通常はｎコンタクトとして機能する下側層６．３を示す。導波路は、例えば、能動領域を通って下側層６．３までエッチングし、次いでより低い屈折率を有する別の半導体材料６．５を再成長させ、それに、電気的コンタクト層、典型的にはｐコンタクトとして作用する、別の再成長された頂部（キャップ）層６．１が続くことによって、形成することができる。

Claims (26)

1. 光源であって、
   −光増幅を与えるよう動作可能な第１の半導体利得装置と、
   −回折格子を含む波長選択要素と、
   −光再方向付け器とを含み、
   前記第１の半導体利得装置、前記光再方向付け器および前記回折格子を、相互に配置して、光共振器を、前記第１の半導体利得装置によって発せられ前記回折格子によって回折される光部分に対して確立し、
   前記光共振器は外部キャビティレーザー共振器であり、
   前記光源は、前記波長選択要素上に入射する光の方向を変動させることにより、共振器放射波長を前記波長選択要素上の光の入射角に依って選択することを可能にする方向変動装置を含み、
   前記第１の半導体利得装置に加えて、光増幅を与えるよう動作可能な第２の半導体利得装置を含み、前記方向変動装置は、前記第１の半導体利得装置において増幅された光および前記第２の半導体利得装置において増幅された光を受け、受取られた光のさらなる伝搬の方向を変動することができるように配される、光源。
2. 前記回折格子は、透過回折格子である、請求項１に記載の光源。
3. 前記方向変動装置は、前記第１の半導体利得装置と前記波長選択要素との間に配置され、前記第１の半導体利得装置から来る光を偏向させて、前記波長選択要素上において可変の入射の角度を有するようにする、請求項１に記載の光源。
4. 前記方向変動装置は、
   −光を偏向させるための可動要素を伴う光線偏向構成、または
   −材料の一部を含み、前記材料の一部は、前記材料への電気信号の印加によって、前記材料において伝搬する光の伝搬の方向を変動させることができる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光源。
5. 前記可動要素は、可動ミラーである、請求項４に記載の光源。
6. 前記材料の一部は半導体構造または非線形の光学結晶である、請求項４または５に記載の光源。
7. 前記波長選択要素は、プリズムに取付けられた前記回折格子を含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の光源。
8. 前記回折格子は、第１のプリズムと第２のプリズムとの間に配置された透過回折格子である、請求項７に記載の光源。
9. 前記回折格子は、前記第１および第２のプリズムに取付けられる、請求項８に記載の光源。
10. 前記プリズム上における前記方向変動装置からの放射の入射角は、共振器条件が満たされる相対的により小さな波長の光に対しての方が、前記共振器条件が満たされる相対的により大きな波長の光に対してよりも、より鈍角である、請求項７または８のいずれか１つに記載の光源。
11. 前記光共振器において、前記波長選択要素の前記第１の半導体利得装置と同じ側において配置された光遅延部をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光源。
12. 周期性フィルタをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光源。
13. 前記周期性フィルタは、前記波長選択要素に含まれるファブリーペローエタロンである、請求項１２に記載の光源。
14. 前記共振器において循環する光の前記ファブリーペローエタロン上の入射角が０°とは異なるように、前記ファブリーペローエタロンは配置される、請求項１３に記載の光源。
15. 前記波長選択要素は、前記光共振器の端部要素を構成する反射性端部表面を含む、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の光源。
16. 前記光共振器が配置されるケーシングをさらに含み、前記ケーシングは、前記光源によって生成された前記ケーシングからの光を結合するための光学フィードスルーと、複数個の電気的なフィードスルーとを含む、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の光源。
17. 少なくとも１つのビームスプリッタが、少なくとも２つの別個の光線経路を形成するために設けられ、前記第１および第２の半導体利得装置は、前記少なくとも２つの別個の光線経路のうちの異なる光線経路に配置される、請求項１に記載の光源。
18. 前記少なくとも２つの別個の光線経路は、同じ光共振器において、または部分的に重複する光共振器において形成される、請求項１７に記載の光源。
19. 前述の第１の波長選択要素に加えて、第２の波長選択要素が設けられ、前記第２の半導体利得装置、前述の、および／またはさらなる光再方向付け器、ならびに前記第２の波長選択要素は、さらなる第２の光共振器が前記第２の半導体利得装置によって発せられた光部分のために確立されるように、相互に配置され、前記第２の光共振器は外部キャビティレーザー共振器であり、前記方向変動装置は、前記第２の波長選択要素上に入射する光の方向を変動させることにより、共振器放射波長を前記第２の波長選択要素上の光の入射角に依って選択することを可能にする、請求項１に記載の光源。
20. 前記第１および第２の半導体利得装置の増幅された自然放出光スペクトルは、重複している、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の光源。
21. 前記第１および第２の半導体利得装置の増幅された自然放出光スペクトルは、非重複である、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の光源。
22. 光干渉断層撮影装置であって、請求項１〜２１のいずれか１つに記載の光源、およびさらに、
    −前記光源と光通信を行なう干渉計の一部を含み、
    −前記干渉計の一部は、前記光源によって生成されサンプルから返される光の一部を、前記光源によって生成され前記干渉計に返される光の一部に、参照経路を介して結合するよう動作可能であり、前記光干渉断層撮影装置はさらに、
    −前記干渉計からそのように結合された光を受けるよう位置決めされる検出器ユニットを含む、光干渉断層撮影装置。
23. 変動する波長の光線を生成する方法であって、
    −回折格子を含む波長選択要素を設けるステップと、
    −第１の半導体利得装置において光を増幅し、第２の半導体利得装置において光を増幅するステップと、
    −前記第１の半導体利得装置によって発せられ前記回折格子によって回折される光部分に対して第１の外部キャビティレーザー共振器を確立するステップと、
    −前記第２の半導体利得装置によって発せられ前記回折格子によって回折される光部分に対して第２の外部キャビティレーザー共振器を確立するステップとを含み、前記第１および第２の外部キャビティレーザー共振器は、互いに異なるか、全体的または部分的に同一であり、前記方法は、さらに、
    前記第１および第２の外部キャビティレーザー共振器において、前記波長選択要素上に入射する光の方向を変動させることにより、共振器放射波長を前記波長選択要素上の光の入射角に依って選択するステップとを含む、方法。
24. 前記回折格子は、透過回折格子である、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１および第２の半導体利得装置の増幅された自然放出光スペクトルは、重複している、請求項２３または２４に記載の方法。
26. 前記第１および第２の半導体利得装置の増幅された自然放出光スペクトルは、非重複である、請求項２３または２４に記載の方法。

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