JP2009049122A - Optical semiconductor device, wavelength variable light source using the same and optical tomographic image acquiring apparatus - Google Patents

Optical semiconductor device, wavelength variable light source using the same and optical tomographic image acquiring apparatus Download PDF

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毅 大郷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an optical semiconductor device which emits beams in which polarized wave dependency is suppressed and temporally stable outputting is made. <P>SOLUTION: This optical semiconductor device 10 is an optical semiconductor device emitting beams each having an emitted light center wavelength of not less than 0.9 μm and not more than 1.2 μm, comprises an In<SB>x</SB>Ga<SB>1-x</SB>As substrate (X≠1) 11, and a tensile strain quantum well active layer 15. Generally, this optical semiconductor device has a gain for a TE mode. The optical semiconductor device 10 increases the gain for a TM mode by introducing a tensile strain, so that the optical gains for the TE mode and the TM mode are balanced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、素子内における共振が抑制され、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光増幅器）等として利用可能である光半導体素子に関するものである。また、この光半導体素子を用いた波長可変光源および光断層画像取得装置に関するものである。   The present invention relates to an optical semiconductor element that can be used as an SLD (Super Luminescent Diode), an SOA (Semiconductor Optical Amplifier), or the like, in which resonance in the element is suppressed. The present invention also relates to a wavelength tunable light source and an optical tomographic image acquisition apparatus using this optical semiconductor element.

光半導体素子の中で、素子内における共振が抑制され、広い波長帯域の光を射出可能な光半導体素子として、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光増幅器）が知られている。これらの光半導体素子は、半導体レーザに近い構造を有しているが、素子内において光が共振して、レーザ光が射出されることがないように、種々の工夫がなされている。例えば、光が射出する端面に無反射コーティングを施す、あるいは光導波路を素子端面の法線方向から数度(3〜12度程度)傾斜させること等により、素子内における共振が抑制されている。   Among optical semiconductor elements, SLD (Super Luminescent Diode) and SOA (Semiconductor Optical Amplifier) are known as optical semiconductor elements capable of suppressing light in the element and emitting light in a wide wavelength band. Yes. These optical semiconductor elements have a structure close to that of a semiconductor laser, but various measures are taken so that light does not resonate within the element and laser light is not emitted. For example, the resonance in the element is suppressed by applying a non-reflective coating to the end face from which light is emitted or by tilting the optical waveguide by several degrees (about 3 to 12 degrees) from the normal direction of the element end face.

ＳＬＤでは、半導体レーザ同様に注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光出射端面方向に進む間に誘導放出による高い利得を受けて増幅され、光出射端面から放出される。ＳＬＤは、半導体レーザ同様に数十mW程度までの光出力を得ることが可能であり、また通常の発光ダイオード同様にインコヒーレントでかつ広い波長帯域を有する光を射出することのできる光半導体素子である。このため、ＳＬＤは、主にファイバジャイロやＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測を利用した光断層画像取得装置等の光計測の分野でインコヒーレント光源として使用されている。   In the SLD, spontaneous emission light generated by recombination of injected carriers is amplified with a high gain due to stimulated emission while traveling in the direction of the light emission end face, and is emitted from the light emission end face as in the semiconductor laser. An SLD is an optical semiconductor element that can obtain an optical output of up to several tens of mW like a semiconductor laser, and can emit light having a wide wavelength band incoherent like a normal light emitting diode. is there. For this reason, the SLD is mainly used as an incoherent light source in the field of optical measurement such as an optical tomographic image acquisition apparatus using fiber gyroscope or OCT (Optical Coherence Tomography) measurement.

またＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光増幅器）は、ＳＬＤと非常に良く似たデバイスであり、光通信の分野において光信号を増幅するための光増幅器として研究されていたが、最近では波長可変光源の利得媒体としての応用検討が盛んである。波長可変光源の一例をあげると、ＳＯＡの一方の端面からの出射光をレンズにより平行光に変換し、この平行光を回折格子で波長分散した後、ミラーにより回折格子に戻すことにより波長選択してＳＯＡに帰還させることでレーザ発振させている。回折格子とＳＯＡの他方の端面の外部に設置された出力ミラーにより外部共振器が構成されている。出力ミラーから射出されたレーザ光はレンズにより平行光に変換され、光アイソレータを通過して、外部装置例えば光ファイバへ伝送される。なお、レーザ光の波長は、回折格子へ対するミラーの角度を変化させることにより変更へでき、またその波長可変幅はＳＯＡが有する利得スペクトル幅によって制限される。   SOA (Semiconductor Optical Amplifier) is a device very similar to SLD, and has been studied as an optical amplifier for amplifying an optical signal in the field of optical communication. Application studies as a gain medium are actively conducted. As an example of a wavelength tunable light source, the light emitted from one end face of the SOA is converted into parallel light by a lens, the wavelength of this parallel light is dispersed by a diffraction grating, and then wavelength is selected by returning to the diffraction grating by a mirror. The laser is oscillated by feeding back to the SOA. An external resonator is configured by the output mirror installed outside the diffraction grating and the other end face of the SOA. Laser light emitted from the output mirror is converted into parallel light by a lens, passes through an optical isolator, and is transmitted to an external device such as an optical fiber. The wavelength of the laser beam can be changed by changing the angle of the mirror with respect to the diffraction grating, and the wavelength variable width is limited by the gain spectrum width of the SOA.

一方、上述のＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置は、光源から射出された光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである。   On the other hand, the optical tomographic image acquisition apparatus using the above-described OCT measurement divides the light emitted from the light source into the measurement light and the reference light, and then from the measurement object when the measurement light is irradiated onto the measurement object. The reflected light and the reference light are combined, and an optical tomographic image is acquired based on the intensity of the interference light between the reflected light and the reference light.

このような光断層画像取得装置では、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する深さ方向の位置（以下、深さ位置という）を変更し光断層画像を取得するＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用した装置がある。   In such an optical tomographic image acquisition apparatus, by changing the optical path length of the reference light, the position in the depth direction with respect to the measurement target (hereinafter referred to as the depth position) is changed to obtain an optical tomographic image (TD-OCT). There is an apparatus that uses Time domain OCT) measurement.

また、近年では、上述した参照光の光路長を変更することなく高速に光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用したＳＤ−ＯＣＴ装置が提案されている(特許文献１)。このＳＤ−ＯＣＴ装置は、マイケルソン型干渉計等を用いて、広帯域の低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ変換することにより、深さ方向の走査を行わずに光断層画像を構成するようにしたものである。   In recent years, an SD-OCT apparatus using SD-OCT (Spectral Domain OCT) measurement that acquires an optical tomographic image at high speed without changing the optical path length of the reference light described above has been proposed (Patent Document 1). ). This SD-OCT apparatus uses a Michelson interferometer or the like to divide broadband low-coherent light into measurement light and reference light, and then irradiates the measurement light with the measurement light, and then returns the reflected light. An optical tomographic image is constructed without scanning in the depth direction by performing Fourier transform on the channeled spectrum obtained by interfering the light with the reference light and decomposing the interference light into frequency components. .

さらに、参照光の光路長の変更を行うことなく高速に光断層画像を取得する装置として、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測による光断層画像化装置も提案されている。このＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源から射出されるレーザ光の周波数を掃引させて、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、一連の波長に対する干渉スペクトルをフーリエ変換することにより測定対象の深さ位置における反射光強度を検出し、これを用いて光断層画像を構成するようにしたものである。   Further, an optical tomographic imaging apparatus based on SS-OCT (Swept source OCT) measurement has been proposed as an apparatus for acquiring an optical tomographic image at high speed without changing the optical path length of the reference light. This SS-OCT apparatus sweeps the frequency of laser light emitted from a light source, causes reflected light and reference light to interfere at each wavelength, and Fourier transforms the interference spectrum for a series of wavelengths, thereby measuring the depth of the object to be measured. The reflected light intensity at the vertical position is detected, and this is used to construct an optical tomographic image.

このような光断層画像取得装置においては、スペクトル半値幅が広い低コヒーレンス光を用いることにより分解能が向上することが知られている。また中心波長０．９μｍ〜１．２μｍの帯域の低コヒーレンス光は、生体における吸収損失および散乱損失が少なく、かつ生体の主な構成物質である水による分散の影響を受けにくいため、中心波長０．９μｍ〜１．２μｍの帯域の低コヒーレンス光が有効であることが知られている。
特開平１１−３２５８４９号公報 In such an optical tomographic image acquisition apparatus, it is known that the resolution is improved by using low-coherence light having a wide spectrum half width. In addition, the low coherence light in the band of the central wavelength of 0.9 μm to 1.2 μm has little absorption loss and scattering loss in the living body and is not easily affected by dispersion due to water, which is the main constituent material of the living body. It is known that low coherence light in a band of .9 μm to 1.2 μm is effective.
JP 11-325849 A

上述したＯＣＴ計測による光断層画像取得装置で用いられる光源として、化合物光半導体素子を用いたＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）や、光半導体素子を光増幅器として用いる波長掃引レーザがあげられる。しかしながら、中心波長0.9μｍ〜1.2μｍで発光する光半導体素子は、通常用いられるGaAs基板上、InP基板上に作製することが非常に難しく、OCT計測による光断層画像取得装置で用いるだけの素子特性をもつものは報告例がない。   Examples of the light source used in the optical tomographic image acquisition apparatus by OCT measurement described above include an SLD (super luminescent diode) using a compound optical semiconductor element and a wavelength sweep laser using the optical semiconductor element as an optical amplifier. However, optical semiconductor elements that emit light with a central wavelength of 0.9 μm to 1.2 μm are very difficult to fabricate on commonly used GaAs substrates and InP substrates, and are only used in optical tomographic image acquisition devices based on OCT measurements. There are no reports of those with.

図1はGaP、GaAs、InP、InAsからなる半導体混晶のバンドギャップと格子定数の関係を示したものである。この図からわかるように波長1.2μmで発光する活性層材料はGaAs基板の格子定数から大きくずれてしまうため、GaAs基板を用いた場合には、良好な結晶を成長できない。またInP基板を用いた場合には、波長0.9μｍ〜1.2μｍで発光する活性層に対して十分なキャリアの閉じ込めを行うための層設計ができないことが知られている。   FIG. 1 shows the relationship between the band gap and lattice constant of a semiconductor mixed crystal composed of GaP, GaAs, InP, and InAs. As can be seen from this figure, the active layer material that emits light at a wavelength of 1.2 μm deviates greatly from the lattice constant of the GaAs substrate. Therefore, when a GaAs substrate is used, a good crystal cannot be grown. In addition, it is known that when an InP substrate is used, it is impossible to design a layer for sufficiently confining carriers in an active layer that emits light at a wavelength of 0.9 μm to 1.2 μm.

以上のような原因により0.9μｍ〜1.2μｍで発光する光半導体素子はGaAs基板上に作成された圧縮歪InGaAs活性層を用いたものしか実現できていない。ただしこのGaAs基板上に作成された圧縮歪InGaAs活性層を用いた光半導体素子においても、長波長のものほど特性は悪く、また圧縮歪みを導入しているため、その利得媒体としての特性に偏波依存性が生じるという問題がある。   For the reasons described above, an optical semiconductor element that emits light at 0.9 μm to 1.2 μm can only be realized using a compressive strain InGaAs active layer formed on a GaAs substrate. However, even in an optical semiconductor device using a compressive strain InGaAs active layer formed on this GaAs substrate, the longer wavelength one has poorer characteristics, and since compressive strain is introduced, the characteristics as a gain medium are biased. There is a problem that wave dependency occurs.

利得媒体としての光半導体素子に偏波依存性があると、通常、TE(横)偏光が素子に入射した場合には増幅されるが、TM(縦)偏光入射時には増幅率が大きく低下するため、素子に入射される光の偏光状態によって増幅率が大きく変動してしまう。このため、このような偏波依存性がある光半導体素子を使用する光デバイスでは、光半導体素子に入射する光の偏波方向を制御する光学系をいれるなどの手段が採られるが、コストアップの原因となっている。   If an optical semiconductor device as a gain medium has polarization dependency, it is usually amplified when TE (transverse) polarized light is incident on the device, but the gain is greatly reduced when TM (vertical) polarized light is incident. The amplification factor varies greatly depending on the polarization state of light incident on the element. For this reason, an optical device using such an optical semiconductor element having polarization dependence employs an optical system for controlling the polarization direction of light incident on the optical semiconductor element. Cause.

本発明は上記の事情に鑑みて、中心発光波長が0.9μｍ以上1.2μｍ以下の光を射出可能であり、偏波依存性のない光半導体素子を提供することを目的とするものである。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor element that can emit light having a central emission wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less and has no polarization dependency.

本発明はまた、上記光半導体素子を用いた波長可変光源および光断層画像取得装置を提供することを目的とするものである。   It is another object of the present invention to provide a wavelength tunable light source and an optical tomographic image acquisition apparatus using the above optical semiconductor element.

本発明の光半導体素子は、発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能な光半導体素子であって、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、
該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引張り歪量子井戸活性層を備えることを特徴とするものである。 The optical semiconductor element of the present invention is an optical semiconductor element capable of emitting light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1),
A tensile strain quantum well active layer laminated on the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) is provided.

また、素子内における光の共振を抑制する共振抑制手段を備えているものであってもよい。   Further, it may be provided with resonance suppression means for suppressing resonance of light in the element.

本発明の波長可変光源は、共振器内に、光増幅器および該光増幅器により増幅される光の波長を選択する波長選択手段を備えた外部共振器型の波長可変光源において、
前記光増幅器が、発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能であり、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引っ張り歪み量子井戸活性層を備える光半導体素子を有していることを特徴とするものである。 The wavelength tunable light source of the present invention is an external resonator type tunable light source including an optical amplifier and wavelength selection means for selecting a wavelength of light amplified by the optical amplifier in the resonator.
The optical amplifier is capable of emitting light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) and the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ It has an optical semiconductor element provided with a tensile strain quantum well active layer laminated on 1).

本発明の光断層画像取得装置は、低コヒーレンス光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、
前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせる合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像取得装置において、
前記光源が、発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能であり、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引張り歪量子井戸活性層を備える光半導体素子を有していることを特徴とするものである。 An optical tomographic image acquisition apparatus of the present invention includes a light source that emits low-coherence light,
A light splitting means for splitting the light emitted from the light source into measurement light and reference light;
Irradiating means for irradiating the measuring object with the measurement light;
Multiplexing means for superimposing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement light is irradiated on the measurement object;
Interference light detection means for detecting interference light between the reflected light and the reference light multiplexed by the multiplexing means;
In an optical tomographic image acquisition apparatus comprising image acquisition means for acquiring a tomographic image of the measurement object from the interference light detected by the interference light detection means,
The light source can emit light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) and the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1 And an optical semiconductor element including a tensile strain quantum well active layer laminated on the substrate.

本発明の他の光断層画像取得装置は、波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する波長掃引光源と、
該波長掃引光源から射出された前記レーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、
前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせる合波手段と、
該合波手段により重ねあわされた前記反射光と前記参照光との干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の各深さ位置における前記反射光の強度を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記各深さ位置における前記反射光の強度を用いて前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを有する光断層画像取得装置において、
前記波長掃引光源が、光増幅器および該光増幅器により増幅される光の波長を掃引する波長掃引手段を備え、
前記光増幅器が、発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能であり、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引張り歪量子井戸活性層を備える光半導体素子を有していることを特徴とするものである。 Another optical tomographic image acquisition apparatus of the present invention includes a wavelength swept light source that emits laser light while sweeping the wavelength at a constant period;
A light splitting means for splitting the laser light emitted from the wavelength swept light source into measurement light and reference light;
Irradiating means for irradiating the measuring object with the measurement light;
Multiplexing means for superimposing the reflected light of the measurement light from the measurement object and the reference light;
Interference light detection means for detecting the intensity of the reflected light at each depth position of the measurement object based on the frequency and intensity of the interference light between the reflected light and the reference light superimposed by the multiplexing means; ,
In an optical tomographic image acquisition apparatus comprising image acquisition means for acquiring a tomographic image of the measurement object using the intensity of the reflected light at each depth position detected by the interference light detection means,
The wavelength swept light source comprises an optical amplifier and wavelength sweeping means for sweeping the wavelength of light amplified by the optical amplifier,
The optical amplifier is capable of emitting light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) and the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ It has an optical semiconductor device comprising a tensile strain quantum well active layer laminated on 1).

光半導体素子は一般的にTEモードに対する利得を有している。本発明の光半導体素子は、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引張り歪量子井戸活性層を備えることにより、引張り歪を導入することでTMモードでの利得を大きくすることができ、このためTEモードとTMモードに対する光利得のバランスがとれて偏波依存性が抑制される。 The optical semiconductor element generally has a gain for the TE mode. The optical semiconductor device of the present invention comprises an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) and a tensile strain quantum well active layer laminated on the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1). By providing the tensile strain, it is possible to increase the gain in the TM mode. For this reason, the optical gain for the TE mode and the TM mode is balanced, and polarization dependence is suppressed.

また、共振器内に、光増幅器および該光増幅器により増幅される光の波長を選択する波長選択手段を備えた外部共振器型の波長可変光源において、光増幅器として本発明の光半導体素子を用いることにより偏波依存性が抑制され、出力が時間的に安定した射出光を得ることができる。   Further, in the external resonator type tunable light source provided with an optical amplifier and a wavelength selection means for selecting the wavelength of light amplified by the optical amplifier in the resonator, the optical semiconductor element of the present invention is used as the optical amplifier. Accordingly, it is possible to obtain the emitted light whose polarization dependency is suppressed and whose output is temporally stable.

また、低コヒーレンス光を射出する光源から射出された光を用いて光断層画像を取得する光断層画像取得装置において、光源として本発明の光半導体素子を有するものを用いることにより、偏波依存性が抑制され、出力が時間的に安定した光を用いて光断層画像を取得することができ、ノイズやムラの少ない高精細な画像を得ることができる。   In addition, in an optical tomographic image acquisition apparatus that acquires an optical tomographic image using light emitted from a light source that emits low-coherence light, a light source having the optical semiconductor element of the present invention is used as a light source. Can be obtained, and an optical tomographic image can be obtained using light whose output is temporally stable, and a high-definition image with less noise and unevenness can be obtained.

さらに、波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する波長掃引光源から射出された光を用いて光断層画像を取得する光断層画像取得装置において、光源として本発明の光半導体素子を有するものを用いることにより、偏波依存性が抑制され、出力が時間的に安定した光を用いて光断層画像を取得することができ、ノイズやムラの少ない高精細な画像を得ることができる。   Furthermore, in an optical tomographic image acquisition apparatus for acquiring an optical tomographic image using light emitted from a wavelength swept light source that emits laser light while sweeping the wavelength at a constant period, the optical semiconductor element of the present invention is provided as a light source. By using one, it is possible to acquire an optical tomographic image using light whose polarization dependency is suppressed and whose output is temporally stable, and a high-definition image with little noise and unevenness can be obtained.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図２Ａは、本発明の第１実施形態による光半導体素子を示す概略立断面図であり、図２Ｂは概略測断面図である。図示の通り本実施形態の光半導体素子１０は、n-In0.45Ga0.55As基板１１と、その上に順次積層されたn-In0.1Ga0.9Asバッファ層１２、n-In0.47Ga0.53Pクラッド層１３、ノンドープIn0.16Ga0.84As0.87P0.13光ガイド層１４、In0.38Ga0.62As引っ張り歪量子井戸活性層１５、ノンドープIn0.16Ga0.84As0.87P0.13光ガイド層１６、p型In0.47Ga0.53P第1クラッド層１７、p型 In0.16Ga0.84As0.87P0.13エッチングストップ層１８、n-In0.47Ga0.53P電流狭窄層１９、p-In0.47(GaxAl1-x)0.53P第2クラッド層２１およびp+- In0.1Ga0.9Asコンタクト層２２が積層されている。そしてp+- In0.1Ga0.9Asコンタクト層２２の上にはｐ電極２３が、n-In0.45Ga0.55As基板１１の裏側にはｎ電極２４がそれぞれ形成されている。 FIG. 2A is a schematic sectional elevation view showing the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic sectional view. As shown in the figure, the optical semiconductor device 10 of this embodiment includes an n-In 0.45 Ga 0.55 As substrate 11, an n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer 12, and an n-In 0.47 Ga 0.53 P cladding sequentially stacked thereon. Layer 13, non-doped In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 light guide layer 14, In 0.38 Ga 0.62 As tensile strain quantum well active layer 15, non-doped In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 light guide layer 16, p-type In 0.47 Ga 0.53 P first cladding layer 17, p-type In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 etching stop layer 18, n-In 0.47 Ga 0.53 P current confinement layer 19, p-In 0.47 (Ga x Al 1-x ) 0.53 P second A cladding layer 21 and a p + -In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 22 are stacked. A p-electrode 23 is formed on the p + -In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 22, and an n-electrode 24 is formed on the back side of the n-In 0.45 Ga 0.55 As substrate 11.

本実施形態の半導体レーザを作製する際には、一例として有機金属気相成長（MOCVD）法により結晶成長を行う。原料ガスとしてTEG(トリエチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMI(トリメチルインジウム)、AsH3(アルシン)、PH3(ホスフィン)、ｎ型ドーパントとしてSiH4(シラン)、ｐ型ドーパントとしてDEZ(ジエチル亜鉛)またはCp2Mg(ビスシクロペンタディエニルマグネシウム)を用いる。次に具体的な光半導体素子の作製方法について説明する。 When the semiconductor laser of this embodiment is manufactured, crystal growth is performed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method as an example. TEG (triethylgallium), TMA (trimethylaluminum), TMI (trimethylindium), AsH3 (arsine), PH3 (phosphine) as source gas, SiH4 (silane) as n-type dopant, DEZ (diethylzinc) as p-type dopant or Cp 2 Mg (biscyclopentadienyl magnesium) is used. Next, a specific method for manufacturing an optical semiconductor element will be described.

n-In0.45Ga0.55As基板上１１に、成長温度650℃、成長温度10.3kPaの条件下にてn-In0.1Ga0.9Asバッファ層(厚さ0.2mm、キャリア濃度7×1017cm-3)１２、n-In0.47Ga0.53Pクラッド層(厚さ2.0 mm、キャリア濃度7×1017cm-3)１３、ノンドープIn0.16Ga0.84As0.87P0.13光ガイド層(厚さ0.12 mm)１４、In0.38Ga0.62As引っ張り歪量子井戸活性層１５、ノンドープIn0.16Ga0.84As0.87P0.13光ガイド層(厚さ0.12 mm)１６、p型In0.47Ga0.53P第1クラッド層(厚さ0.2mm、キャリア濃度7×1017cm-3)１７、p型 In0.16Ga0.84As0.87P0.13エッチングストップ層(厚さ0.01 mm、キャリア濃度7×1017cm-3)１８、n-In0.47Ga0.53P電流狭窄層(厚さ0.2 mm、キャリア濃度1×1018cm-3)１９および不図示のi- In0.16Ga0.84As0.87P0.13キャップ層２０（厚さ0.01 mm）を積層する。 An n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer (thickness 0.2 mm, carrier concentration 7 × 10 17 cm −3) on an n-In 0.45 Ga 0.55 As substrate 11 under conditions of a growth temperature of 650 ° C. and a growth temperature of 10.3 kPa. ) 12, n-In 0.47 Ga 0.53 P cladding layer (thickness 2.0 mm, carrier concentration 7 × 10 17 cm −3 ) 13, non-doped In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 light guide layer (thickness 0.12 mm) 14, In 0.38 Ga 0.62 As tensile strained quantum well active layer 15, non-doped In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 light guide layer (thickness 0.12 mm) 16, p-type In 0.47 Ga 0.53 P first cladding layer (thickness 0.2 mm, Carrier concentration 7 × 10 17 cm −3 ) 17, p-type In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 Etching stop layer (thickness 0.01 mm, carrier concentration 7 × 10 17 cm −3 ) 18, n-In 0.47 Ga 0.53 P A current confinement layer (thickness 0.2 mm, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ) 19 and an unillustrated i-In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 cap layer 20 (thickness 0.01 mm) are laminated.

この後、通常のリソグラフィーにより（011）方向に1〜4mm程度の幅のストライプ領域に相当するIn0.16Ga0.84As0.87P0.13キャップ層２０を除去する。次にIn0.16Ga0.84As0.87P0.13キャップ層２０をマスクとして、n-In0.47Ga0.53P電流狭窄層１９、p型 In0.16Ga0.84As0.87P0.13エッチングストップ層１８をエッチングする。これによりストライプ領域にp-In0.47Ga0.53P第1クラッド層１７を露出させた溝を形成する。エッチングはまず塩酸系エッチャントを用いてn-In0.47Ga0.53P電流狭窄層１９を除去する。この際、エッチングはp- In0.16Ga0.84As0.87P0.13エッチング阻止層１８にて自動的に停止する。その後、酒石酸エッチャントによりi- In0.16Ga0.84As0.87P0.13第1キャップ層２０およびストライプ底面のp型 In0.16Ga0.84As0.87P0.13エッチングストップ層１８を除去する。次にウェハ全面に対してp-In0.47(GaxAl1-x)0.53P第2クラッド層２１（厚さ1.8mm、キャリア濃度7×1017cm-3）、p+- In0.1Ga0.9Asコンタクト層(厚さ0.2 mm、キャリア濃度1×1018cm-3)２２を順次積層する。第2クラッド層２１における組成は基本横モード発振が高出力まで維持できる厚みとする。具体的には等価屈折率段差が1.5×10-3〜7.0×10-3となる組成に設定する。 Thereafter, the In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 cap layer 20 corresponding to the stripe region having a width of about 1 to 4 mm in the (011) direction is removed by ordinary lithography. Next, using the In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 cap layer 20 as a mask, the n-In 0.47 Ga 0.53 P current confinement layer 19 and the p-type In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 etching stop layer 18 are etched. Thus, a groove in which the p-In 0.47 Ga 0.53 P first cladding layer 17 is exposed is formed in the stripe region. In the etching, first, the n-In 0.47 Ga 0.53 P current confinement layer 19 is removed using a hydrochloric acid-based etchant. At this time, the etching automatically stops at the p-In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 etching blocking layer 18. Thereafter, the i-In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 first cap layer 20 and the p-type In 0.16 Ga 0.84 As 0.87 P 0.13 etching stop layer 18 on the bottom surface of the stripe are removed with a tartrate etchant. Next, p-In 0.47 (Ga x Al 1-x ) 0.53 P second cladding layer 21 (thickness 1.8 mm, carrier concentration 7 × 10 17 cm −3 ), p + -In 0.1 Ga 0.9 with respect to the entire wafer surface As contact layers (thickness 0.2 mm, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ) 22 are sequentially laminated. The composition of the second cladding layer 21 is set to a thickness that can maintain the fundamental transverse mode oscillation up to a high output. Specifically, the composition is set so that the equivalent refractive index step is 1.5 × 10 −3 to 7.0 × 10 −3 .

その後全体の厚みが100mm程度になるまで基板の研磨を行い、n側電極２３を基板裏面に、p側電極１４をコンタクト層上に蒸着のち熱処理により形成する。そして、共振器長が1.0〜2.0mmとなるようにウェハから劈開によりバ−を切り出す。その後素子内における光の共振を抑制するために図２Ｂに示すように、光Ｌが射出する端面２５および２６に0.9μｍ以上1.2μｍ以下の波長帯域にて反射率が5%以下となるARコーティングを施す。さらに、導波路であるInGaAs歪量子井戸層１５を端面２５および２６の法線方向から7度傾斜させることにより、素子内における光の共振を抑制している。このように作成された光半導体素子１０は、光ファイバとの結合を考慮して、発光部のあるpn接合部を上にしてヒートシンクに実装される。 Thereafter, the substrate is polished until the total thickness becomes about 100 mm, and the n-side electrode 23 is formed on the back surface of the substrate and the p-side electrode 14 is formed on the contact layer by heat treatment. Then, a bar is cut out from the wafer by cleavage so that the resonator length becomes 1.0 to 2.0 mm. Thereafter, in order to suppress the resonance of the light in the element, as shown in FIG. 2B, the AR coating in which the reflectance is 5% or less at the wavelength band of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less on the end faces 25 and 26 where the light L is emitted Apply. Further, the InGaAs strained quantum well layer 15 which is a waveguide is inclined by 7 degrees from the normal direction of the end faces 25 and 26, thereby suppressing the resonance of light in the element. The optical semiconductor element 10 produced in this way is mounted on a heat sink with the pn junction part having the light emitting part facing upward in consideration of coupling with the optical fiber.

なお、また、光半導体素子１０は、素子内における光の共振を抑制するために、図２Ｂに示すように、光Ｌが射出する端面２５および２６にARコーティングが施されている。また、導波路であるIn0.38Ga0.62As引っ張り歪量子井戸活性層１５を端面２５および２６の法線方向から7度傾斜させることにより、素子内における光の共振を抑制している。このように、光半導体素子内における光の共振を抑制することにより、光半導体素子１０がその素子内においてレーザ発振することが防止される。素子内における共振が抑制されているため、光半導体素子１０は、自然放出光を射出するＳＬＤあるいは光信号を増幅するＳＯＡとして機能することができる。 In addition, the optical semiconductor element 10 is provided with AR coating on the end faces 25 and 26 from which the light L is emitted, as shown in FIG. In addition, the In 0.38 Ga 0.62 As tensile strained quantum well active layer 15 that is a waveguide is inclined by 7 degrees from the normal direction of the end faces 25 and 26, thereby suppressing light resonance in the device. As described above, by suppressing the resonance of light in the optical semiconductor element, the optical semiconductor element 10 is prevented from lasing in the element. Since the resonance in the element is suppressed, the optical semiconductor element 10 can function as an SLD that emits spontaneous emission light or an SOA that amplifies an optical signal.

素子内における光の共振を抑制するためには、上記以外にも種々の方法が可能であり、例えば端面に凹凸を形成する、端面近傍で光導波路構造を消失させる、素子内部で光を吸収または拡散する領域を設ける等の手段によっても、光導波路内における共振を抑制することができる。   In order to suppress the resonance of light in the element, various methods other than the above are possible. For example, irregularities are formed on the end face, the optical waveguide structure is lost near the end face, light is absorbed inside the element, or Resonance in the optical waveguide can also be suppressed by means such as providing a diffusion region.

本発明の光半導体素子１０をＳＬＤとして作動させ、射出された光のTE光とTM光との比率は１：１.５であった。通常のGaAs基板上に圧縮歪み活性層を積層した光半導体素子をＳＬＤとして作動させた場合、射出された光のTE光とTM光との比率が1：２０であることから、光半導体素子１０においては偏波依存性が大幅に改善されていることがわかる。   The optical semiconductor element 10 of the present invention was operated as an SLD, and the ratio of TE light to TM light of the emitted light was 1: 1.5. When an optical semiconductor element in which a compressive strain active layer is laminated on a normal GaAs substrate is operated as an SLD, the ratio of TE light to TM light in the emitted light is 1:20. It can be seen that the polarization dependence is significantly improved.

以上の説明で明らかなように、本実施形態の光半導体素子１０は、引張り歪量子井戸活性層を備えているため、TMモードでの利得が増大する。このためTEモードとTMモードに対する光利得のバランスがとれて偏波依存性が抑制される。   As is apparent from the above description, the optical semiconductor element 10 of the present embodiment includes a tensile strain quantum well active layer, and thus increases the gain in the TM mode. For this reason, the optical gain for the TE mode and the TM mode is balanced, and polarization dependence is suppressed.

なお、本実施の形態では、結晶成長方法にMOCVD法を用いたが、これに限定されるものではなく、分子線エピタキシー法など他の成長方法を用いることもできる。また、本実施の形態において、光ガイド層の材料組成および層厚、電流ブロック層の材料組成および層厚、クラッド層の材料組成および層厚は発光波長が単一モードで発光する条件の1例を示したものであり、本発明を前述の材料組成、層厚に限定したものではない。またここでは埋込型リッジストライプ構造による光半導体素子を実施の形態として挙げたが、内部ストライプ構造など他の構造であってもよい。  In this embodiment, the MOCVD method is used as the crystal growth method, but the present invention is not limited to this, and other growth methods such as a molecular beam epitaxy method can also be used. In this embodiment, the material composition and layer thickness of the light guide layer, the material composition and layer thickness of the current blocking layer, and the material composition and layer thickness of the cladding layer are examples of conditions in which the emission wavelength is emitted in a single mode. The present invention is not limited to the above-described material composition and layer thickness. Although the optical semiconductor element having the buried ridge stripe structure has been described as an embodiment here, other structures such as an internal stripe structure may be used.

次に、本発明における第２の実施例である波長可変レーザ装置３０を示す。波長可変レーザ装置３０は、第１の実施の形態に記載されている光半導体素子１０を光増幅器として用い、回折格子３２およびミラー３３を波長選択手段として用いるリットマン配置型の外部共振器型波長可変レーザ装置であり、その概略構成図を図３に示す。   Next, a wavelength tunable laser device 30 that is a second embodiment of the present invention will be described. The wavelength tunable laser device 30 uses the optical semiconductor element 10 described in the first embodiment as an optical amplifier, and a Littman arrangement type external resonator type wavelength tunable using the diffraction grating 32 and the mirror 33 as wavelength selection means. FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the laser device.

波長可変レーザ装置３０では、ミラー３３および出力ミラー３１（透過率？？？％）により共振器が構成されている。光半導体素子１０から回折格子３２側へ射出された自然放出光はレンズ３４ａにより集光されて平行光となり、回折格子３２へ入射する。回折格子３２により波長分散された光の中から、ミラー３３に垂直に入射する波長の光が、ミラー３３により反射されて戻り光として回折格子３２へ入射する。この光が、ミラー３３および出力ミラー３１からなる共振器内で共振してレーザ光Ｌとして出力ミラー３１から光アイソレータ３６側へ射出される。光アイソレータ３６は光ファイバＦＢ１より遠端の反射光が光半導体素子１０に結合しないようにする働きを持つ。光アイソレータ３６を透過したレーザ光Ｌは、集光レンズ３４ｂにより集光されて光ファイバＦＢ１へ入射する。リットマン配置型の波長選択手段では、ミラー３３を回転させることにより、戻り光の波長を変更し、共振光周波数(レーザ発振波長)を変えることができる。なお、レーザ光の波長可変範囲は、光増幅器である光半導体素子１０の利得スペクトル幅と略一致するものである。   In the wavelength tunable laser device 30, a resonator is constituted by the mirror 33 and the output mirror 31 (transmittance ???%). The spontaneously emitted light emitted from the optical semiconductor element 10 toward the diffraction grating 32 is collected by the lens 34 a to become parallel light and enters the diffraction grating 32. Of the light wavelength-dispersed by the diffraction grating 32, light having a wavelength that is perpendicularly incident on the mirror 33 is reflected by the mirror 33 and enters the diffraction grating 32 as return light. This light resonates in the resonator composed of the mirror 33 and the output mirror 31, and is emitted as laser light L from the output mirror 31 to the optical isolator 36 side. The optical isolator 36 has a function of preventing reflected light at the far end from the optical fiber FB1 from being coupled to the optical semiconductor element 10. The laser light L that has passed through the optical isolator 36 is condensed by the condenser lens 34b and enters the optical fiber FB1. In the Littman arrangement type wavelength selection means, the wavelength of the return light can be changed and the resonance light frequency (laser oscillation wavelength) can be changed by rotating the mirror 33. The wavelength tunable range of the laser light substantially matches the gain spectrum width of the optical semiconductor element 10 that is an optical amplifier.

波長可変レーザ装置３０においては、光増幅器として光半導体素子１０を用いることにより偏波依存性が抑制され、出力が時間的に安定した射出光を得ることができる。   In the wavelength tunable laser device 30, by using the optical semiconductor element 10 as an optical amplifier, it is possible to obtain emission light whose polarization dependency is suppressed and whose output is temporally stable.

なおここではミラー３３および出力ミラー３１によりレーザ共振器を構成しているが、出力ミラー３１の代わりに光半導体素子１０の片側端面を利用してもよい。この場合、光半導体素子１０の光導波路は、回折格子側の端面では、法線方向に対して斜め導波路の構成をとり、出力ミラー３１の役割を持たせる他方の端面では、端面の法線方向に平行な導波路となるように構成すればよい。   Here, a laser resonator is configured by the mirror 33 and the output mirror 31, but one end face of the optical semiconductor element 10 may be used instead of the output mirror 31. In this case, the optical waveguide of the optical semiconductor element 10 has an oblique waveguide configuration with respect to the normal direction at the end face on the diffraction grating side, and the normal line of the end face at the other end face that serves as the output mirror 31. What is necessary is just to comprise so that it may become a waveguide parallel to a direction.

また、図４に本実施の形態の変形例である波長掃引レーザ装置４０を示す。波長掃引レーザ装置４０では、ミラー３３の変わりにポリゴンミラー４１が用いられている。このポリゴンミラー４１が回転することにより、波長掃引レーザ装置４０から射出されるレーザ光Ｌａの発振波長が周期的に掃引される。   FIG. 4 shows a wavelength sweep laser apparatus 40 which is a modification of the present embodiment. In the wavelength sweep laser device 40, a polygon mirror 41 is used instead of the mirror 33. As the polygon mirror 41 rotates, the oscillation wavelength of the laser light La emitted from the wavelength sweep laser device 40 is periodically swept.

さらに上記実施例では波長可変レーザの例としてリットマン配置型の波長可変レーザを説明したが、これに限定されるものではなくリトロー配置型の波長可変レーザであってもよい。   Further, in the above-described embodiment, the Littman arrangement type wavelength variable laser has been described as an example of the wavelength variable laser.

次に、本発明における第３の実施例である波長可変リングレーザ装置５０について、図５を用いて説明する。波長可変リングレーザ装置５０は、共振器の構成をリング状にしたレーザ装置であり、第１の実施の形態に記載されている光半導体素子１０を光増幅器として用い、多層誘電体膜からなる光フィルタ５１を波長選択手段として用いている。光フィルタ５１は、光軸に対する多層誘電体膜の角度により透過する波長が定まるものであり、光フィルタ５１の角度を変更することにより、透過する光の波長を変更することができる。   Next, a tunable ring laser apparatus 50 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The wavelength tunable ring laser device 50 is a laser device having a resonator configuration in a ring shape. The optical semiconductor element 10 described in the first embodiment is used as an optical amplifier, and light composed of a multilayer dielectric film is used. The filter 51 is used as wavelength selection means. In the optical filter 51, the wavelength to be transmitted is determined by the angle of the multilayer dielectric film with respect to the optical axis, and the wavelength of the transmitted light can be changed by changing the angle of the optical filter 51.

光半導体素子１０からの自然放出光は、レンズ５６により平行光化され、光フィルタ５１に入射されて特定の波長（発振波長）のみが透過する。この光フィルタ５１を透過した光はレンズ５６により集光されて光ファイバ５３入射し、さらに光カプラ５４を透過して、レンズ５８により平行光化され光アイソレータ５２を透過し、レンズ５９により集光されて、光半導体素子１０へ戻る。光アイソレータ５２は光の周回方向を決めるほか、リングレーザ装置５０の安定な発振動作に寄与する。光半導体素子１０のもつ光利得がリングレーザ共振器の全損失を上回る状態になるとレーザ発振が生じる。前述したように、発振波長は光フィルタ５４の透過中心波長により決まることから、光軸に対する光フィルタ５４の角度を変えることで発振波長を可変できる。また波長可変リングレーザ装置５０内の光は光カプラ５６により取り出すことができる。   The spontaneously emitted light from the optical semiconductor element 10 is collimated by the lens 56, is incident on the optical filter 51, and transmits only a specific wavelength (oscillation wavelength). The light that has passed through the optical filter 51 is collected by the lens 56 and enters the optical fiber 53, further passes through the optical coupler 54, is collimated by the lens 58, passes through the optical isolator 52, and is collected by the lens 59. Then, the process returns to the optical semiconductor element 10. The optical isolator 52 determines the light circulation direction and contributes to the stable oscillation operation of the ring laser device 50. When the optical gain of the optical semiconductor element 10 exceeds the total loss of the ring laser resonator, laser oscillation occurs. As described above, since the oscillation wavelength is determined by the transmission center wavelength of the optical filter 54, the oscillation wavelength can be varied by changing the angle of the optical filter 54 with respect to the optical axis. The light in the wavelength tunable ring laser device 50 can be extracted by the optical coupler 56.

また、図６に本実施の形態の変形例である波長掃引リングレーザ装置６０を示す。この波長掃引リングレーザ６０は、光フィルタ５４に接続され、光軸に対する光フィルタ５４の角度を周期的に変更する光フィルタ掃引部６１を備えている。光フィルタの角度が周期的の変更されることにより、発振波長が周期的に掃引される。   FIG. 6 shows a wavelength swept ring laser device 60 which is a modification of the present embodiment. The wavelength sweep ring laser 60 includes an optical filter sweep unit 61 that is connected to the optical filter 54 and periodically changes the angle of the optical filter 54 with respect to the optical axis. The oscillation wavelength is periodically swept by changing the angle of the optical filter periodically.

以下、本発明による光半導体素子を有する光源を用いて光断層画像を取得する光断層画像取得装置について説明する。従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置は、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである。   Hereinafter, an optical tomographic image acquisition apparatus for acquiring an optical tomographic image using a light source having an optical semiconductor element according to the present invention will be described. Conventionally, when an optical tomographic image of a living tissue is acquired, an optical tomographic image acquisition device using OCT measurement is sometimes used. This optical tomographic image acquisition apparatus divides low-coherent light emitted from a light source into measurement light and reference light, and then reflects reflected light and reference light from the measurement object when the measurement light is irradiated onto the measurement object. And an optical tomographic image is obtained based on the intensity of the interference light between the reflected light and the reference light.

上記のような光断層画像取得装置では、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する深さ方向の位置（以下、深さ位置という）を変更し光断層画像を取得するＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用した装置がある。   In the optical tomographic image acquisition apparatus as described above, by changing the optical path length of the reference light, the position in the depth direction with respect to the measurement target (hereinafter referred to as the depth position) is changed to acquire the optical tomographic image. There is an apparatus using (Time domain OCT) measurement.

また、近年では、上述した参照光の光路長を変更することなく高速に光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用したＳＤ−ＯＣＴ装置が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ装置は、マイケルソン型干渉計等を用いて、広帯域の低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ変換することにより、深さ方向の走査を行わずに光断層画像を構成するようにしたものである。   In recent years, an SD-OCT apparatus using SD-OCT (Spectral Domain OCT) measurement that acquires an optical tomographic image at high speed without changing the optical path length of the reference light described above has been proposed. This SD-OCT apparatus uses a Michelson interferometer or the like to divide broadband low-coherent light into measurement light and reference light, and then irradiates the measurement light with the measurement light, and then returns the reflected light. An optical tomographic image is constructed without scanning in the depth direction by performing Fourier transform on the channeled spectrum obtained by interfering the light with the reference light and decomposing the interference light into frequency components. .

さらに、参照光の光路長の変更を行うことなく高速に光断層画像を取得する装置として、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測による光断層画像化装置も提案されている。このＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源から射出されるレーザ光の周波数を掃引させて、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、一連の波長に対する干渉スペクトルをフーリエ変換することにより測定対象の深さ位置における反射光強度を検出し、これを用いて光断層画像を構成するようにしたものである。   Further, an optical tomographic imaging apparatus based on SS-OCT (Swept source OCT) measurement has been proposed as an apparatus for acquiring an optical tomographic image at high speed without changing the optical path length of the reference light. This SS-OCT apparatus sweeps the frequency of laser light emitted from a light source, causes reflected light and reference light to interfere at each wavelength, and Fourier transforms the interference spectrum for a series of wavelengths, thereby measuring the depth of the object to be measured. The reflected light intensity at the vertical position is detected, and this is used to construct an optical tomographic image.

図７に示す光断層画像取得装置１００は、上述のいわゆるＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）により断層画像を取得するものであって、１．０μｍを中心波長とした８０ｎｍの波長範囲において一定周期で波長を掃引しながら測定光Ｌ１を、測定対象Ｓへ射出するものである。そして、光断層画像取得装置１００は、測定光Ｌ１が照射対象に照射されたときの照射対象Ｓからの反射光（後方散乱光）Ｌｒに基づいて断層画像を生成し、表示装置４に表示するようになっている。   An optical tomographic image acquisition apparatus 100 shown in FIG. 7 acquires a tomographic image by the so-called SS-OCT (Swept source OCT) described above, and has a constant period in a wavelength range of 80 nm with a central wavelength of 1.0 μm. The measurement light L1 is emitted to the measuring object S while sweeping the wavelength. Then, the optical tomographic image acquisition apparatus 100 generates a tomographic image based on the reflected light (backscattered light) Lr from the irradiation target S when the measurement light L1 is applied to the irradiation target, and displays the tomographic image on the display device 4. It is like that.

本装置における光源としては、図４に示す、第３の実施形態の変形例である波長掃引レーザ装置４０が用いられている。波長掃引レーザ装置４０からは、１．０μｍを中心波長として、８０ｎｍの波長範囲において一定周期で波長が掃引されるレーザ光Ｌｂが光ファイバＦＢ１へ射出される。   As a light source in this apparatus, a wavelength sweep laser apparatus 40, which is a modification of the third embodiment, shown in FIG. 4 is used. From the wavelength sweep laser device 40, a laser beam Lb whose wavelength is swept at a constant period in a wavelength range of 80 nm with a center wavelength of 1.0 μm is emitted to the optical fiber FB1.

光分割手段３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、波長掃引レーザ装置４０から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌｂを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。この光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２を導波し、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。   The light splitting means 3 is composed of, for example, a 2 × 2 optical fiber coupler, and splits the light Lb guided from the wavelength swept laser device 40 through the optical fiber FB1 into the measurement light L1 and the reference light L2. The light splitting means 3 is optically connected to the two optical fibers FB2 and FB3, respectively. The measurement light L1 is guided through the optical fiber FB2, and the reference light L2 is guided through the optical fiber FB3. The light splitting means 3 in this example also functions as the multiplexing means 4.

光ファイバＦＢ２には、光プローブ１３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ１３０へ導波する。光プローブ１３０は、例えば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタ１３６により光ファイバＦＢ２に対して着脱可能に取り付けられている。   An optical probe 130 is optically connected to the optical fiber FB2, and the measurement light L1 is guided from the optical fiber FB2 to the optical probe 130. The optical probe 130 is inserted into a body cavity from a forceps port through a forceps channel, for example, and is detachably attached to the optical fiber FB2 by an optical connector 136.

光プローブ１３０は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒１３１と、このプローブ外筒１３１の内部空間に、該外筒１３１の軸方向に延びる状態に配設された１本の光ファイバ１３２と、光ファイバ１３２の先端から出射した測定光Ｌ１をプローブ外筒１３１の周方向に偏向させるプリズムミラー１３３と、光ファイバ１３２の先端から出射した測定光Ｌ１を、プローブ外筒１３１の周外方に配された被走査体としての測定対象Ｓにおいて収束するように集光するロッドレンズ１３４と、光ファイバ１３２を該光ファイバ１３２の光軸を回転軸として回転させるモータ１３５とを備えている。なお、ロッドレンズ１３４およびプリズムミラー１３３は、光ファイバ１３２とともに回転するように配設されている。   The optical probe 130 has a cylindrical probe outer tube 131 with a closed end, and one optical fiber 132 disposed in the inner space of the probe outer tube 131 so as to extend in the axial direction of the outer tube 131. A prism mirror 133 that deflects the measurement light L1 emitted from the tip of the optical fiber 132 in the circumferential direction of the probe outer cylinder 131, and the measurement light L1 emitted from the tip of the optical fiber 132 is arranged outwardly of the probe outer cylinder 131. A rod lens 134 that condenses light so as to converge on the measurement target S as the scanned body and a motor 135 that rotates the optical fiber 132 about the optical axis of the optical fiber 132 as a rotation axis. The rod lens 134 and the prism mirror 133 are arranged so as to rotate together with the optical fiber 132.

一方、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段１２０が配置されている。光路長調整手段１２０は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー１２２と、反射ミラー１２２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ１２１ａと、第１光学レンズ１２１ａと反射ミラー１２２との間に配置された第２光学レンズ１２１ｂとを有している。   On the other hand, optical path length adjusting means 120 is arranged on the side of the optical fiber FB3 from which the reference light L2 is emitted. The optical path length adjusting unit 120 changes the optical path length of the reference light L2 in order to adjust the position at which tomographic image acquisition is started, and reflects the reference light L2 emitted from the optical fiber FB3. 122, a first optical lens 121a disposed between the reflection mirror 122 and the optical fiber FB3, and a second optical lens 121b disposed between the first optical lens 121a and the reflection mirror 122. Yes.

第１光学レンズ１２１ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー１２２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ１２１ｂは、第１光学レンズ２１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー１２２上に集光するとともに、反射ミラー１２２により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。つまり、第１光学レンズ１２１ａと第２光学レンズ１２１ｂとにより共焦点光学系が形成されている。   The first optical lens 121a has a function of converting the reference light L2 emitted from the core of the optical fiber FB3 into parallel light and condensing the reference light L2 reflected by the reflection mirror 122 onto the core of the optical fiber FB3. ing. Further, the second optical lens 121b condenses the reference light L2 converted into parallel light by the first optical lens 21a on the reflection mirror 122 and makes the reference light L2 reflected by the reflection mirror 122 into parallel light. have. That is, a confocal optical system is formed by the first optical lens 121a and the second optical lens 121b.

したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ１２１ａにより平行光になり、第２光学レンズ１２１ｂにより反射ミラー１２２上に集光される。その後、反射ミラー１２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ１２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ１２１ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。   Therefore, the reference light L2 emitted from the optical fiber FB3 becomes parallel light by the first optical lens 121a, and is condensed on the reflection mirror 122 by the second optical lens 121b. Thereafter, the reference light L2 reflected by the reflection mirror 122 becomes parallel light by the second optical lens 121b, and is condensed on the core of the optical fiber FB3 by the first optical lens 121a.

さらに光路長調整手段１２０は、第２光学レンズ１２１ｂと反射ミラー１２２とを固定した基台１２３と、該基台１２３を第１光学レンズ１２１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段１２４とを有している。そして基台１２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられるようになっている。   Further, the optical path length adjusting means 120 has a base 123 to which the second optical lens 121b and the reflecting mirror 122 are fixed, and a mirror moving means 124 for moving the base 123 in the optical axis direction of the first optical lens 121a. is doing. Then, when the base 123 moves in the direction of arrow A, the optical path length of the reference light L2 can be changed.

また合波手段４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段１２０により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌ２と、照射対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段１４０側に射出するように構成されている。   The multiplexing means 4 is composed of a 2 × 2 optical fiber coupler as described above, and the reference light L2 that has been subjected to frequency shift and change of the optical path length by the optical path length adjusting means 120 and the reflected light L3 from the irradiation target S. Are combined and emitted to the interference light detection means 140 side via the optical fiber FB4.

干渉光検出手段１４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する。そして、画像取得手段１５０は、干渉光検出手段１４０により検出された干渉光Ｌ４をフーリエ変換することにより、照射対象Ｓの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を検出し、照射対象Ｓの断層画像を取得する。そして、この取得された断層画像が表示装置１６０に表示される。なお本例の装置は、干渉光Ｌ４を光ファイバカプラ３で二分した光をそれぞれ光検出器１４２ａと１４２ｂに導き、演算手段１４１においてバランス検波を行う機構を有している。以上の通り本例では、光検出器１４２ａ、１４２ｂおよび演算手段１４１により干渉光検出手段１４０が構成されている。   The interference light detection unit 140 detects the interference light L4 between the reflected light L3 combined by the multiplexing unit 4 and the reference light L2. And the image acquisition means 150 detects the intensity | strength of the reflected light L3 in each depth position of the irradiation object S by Fourier-transforming the interference light L4 detected by the interference light detection means 140, and the tomography of the irradiation object S Get an image. The acquired tomographic image is displayed on the display device 160. Note that the apparatus of this example has a mechanism for guiding the light obtained by dividing the interference light L4 into two by the optical fiber coupler 3 to the photodetectors 142a and 142b, and performing balance detection in the computing means 141. As described above, in this example, the interference light detection unit 140 is configured by the photodetectors 142 a and 142 b and the calculation unit 141.

ここで、干渉光検出手段１４０および画像取得手段１５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ.４１、Ｎｏ.７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。   Here, the detection of the interference light L4 and the generation of the image in the interference light detection means 140 and the image acquisition means 150 will be briefly described. Details of this point are described in “Mitsuo Takeda,“ Optical Frequency Scanning Spectrum Interference Microscope ”, Optical Technology Contact, 2003, Vol. 41, No. 7, p426-p432”.

測定光Ｌ１は光プローブ１３０から体腔内に向けて射出され、測定対象Ｓに照射される。このとき、光プローブ１３０により、そこから出射した測定光Ｌ１が測定対象Ｓを１次元に走査する。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が光路長調整手段１２０の反射ミラー１２２において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段１４０によって検出される。   The measurement light L1 is emitted from the optical probe 130 into the body cavity and irradiated to the measurement object S. At this time, the measurement light L1 emitted from the optical probe 130 scans the measurement object S one-dimensionally. Then, the reflected light L3 from the measuring object S is combined with the reference light L2 reflected by the reflecting mirror 122 of the optical path length adjusting unit 120, and the interference light L4 between the reflected light L3 and the reference light L2 is received by the interference light detecting unit 140. Detected.


測定光Ｌ１が照射対象Ｓに照射されたとき、照射対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段１４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫０ ∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。上式は波数ｋ＝ω／ｃを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段１５０において、干渉光検出手段１４０が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、照射対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。
Interference fringes with respect to each optical path length difference l when the reflected light L3 and the reference light L2 from the respective depths of the irradiation target S interfere with each other with various optical path length differences when the measurement light L1 is irradiated onto the irradiation target S. S (l) is the light intensity I (k) detected by the interference light detection means 140.
I (k) = ∫ 0 ∞ S (l) [1 + cos (kl)] dl
It is represented by Here, k is the wave number, and l is the optical path length difference. It can be considered that the above equation is given as an interferogram in the optical frequency domain with the wave number k = ω / c as a variable. For this reason, in the image acquisition means 150, the spectral interference fringes detected by the interference light detection means 140 are subjected to Fourier transform, and the light intensity S (l) of the interference light L4 is determined. Distance information and reflection intensity information can be acquired, and a tomographic image can be generated.

このように、波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する波長掃引光源から射出された光を用いて光断層画像を取得する光断層画像取得装置１００において、光源として本発明の光半導体素子を有する波長掃引レーザ装置４０を用いることにより、偏波依存性が抑制され、出力が時間的に安定した光を用いて光断層画像を取得することができ、ノイズやムラの少ない高精細な画像を得ることができる。   Thus, in the optical tomographic image acquisition apparatus 100 that acquires an optical tomographic image using light emitted from a wavelength swept light source that emits laser light while sweeping the wavelength at a constant period, the optical semiconductor of the present invention is used as the light source. By using the wavelength swept laser device 40 having an element, polarization dependency is suppressed, and an optical tomographic image can be acquired using light whose output is temporally stable. An image can be obtained.

なお、実施の形態においては、光源として波長掃引レーザ装置４０を用いたが、図６に示す波長掃引リングレーザ６０を用いることもできる。   In the embodiment, the wavelength swept laser device 40 is used as the light source, but the wavelength swept ring laser 60 shown in FIG. 6 can also be used.

次に、図８を用いて本発明による光半導体素子を光源として用いた光断層画像取得装置の別の例について説明する。図８に示す光断層画像取得装置２００は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像を前述のＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測により取得するものであって、具体的に図７の光断層画像取得装置１と異なる点は、光源ユニットおよび干渉光検出手段の構成である。   Next, another example of the optical tomographic image acquisition apparatus using the optical semiconductor element according to the present invention as a light source will be described with reference to FIG. An optical tomographic image acquisition apparatus 200 shown in FIG. 8 acquires a tomographic image of a measurement target such as a living tissue or a cell in a body cavity by the above-described SD-OCT (Spectral Domain OCT) measurement. The difference from the optical tomographic image acquisition apparatus 1 of FIG. 7 is the configuration of the light source unit and the interference light detection means.

光Ｌｂを射出する光源ユニット２１０と、光源ユニット２１０から射出された光Ｌｂを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段２２０と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を照射対象Ｓに照射する光プローブ１３０と、こうして照射対象Ｓに測定光Ｌ１が照射されたとき照射対象Ｓで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との間の干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段２４０とを有している。   A light source unit 210 that emits light Lb, a light splitting unit 3 that splits the light Lb emitted from the light source unit 210 into measurement light L1 and reference light L2, and an optical path of the reference light L2 split by the light splitting unit 3 An optical path length adjusting means 220 for adjusting the length, an optical probe 130 for irradiating the irradiation target S with the measurement light L1 divided by the light splitting means 3, and an irradiation target S when the irradiation target S is irradiated with the measurement light L1. And a light combining means 4 for combining the reflected light L3 reflected by the reference light L2 and the reference light L2, and an interference light detecting means 240 for detecting the interference light L4 between the combined reflected light L3 and the reference light L2. is doing.

光源ユニット２１０は、図２に示した光半導体素子１０と、この光半導体素子１０からから射出された低コヒーレンス光Ｌｂを光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系２１２とを有している。なお、光半導体素子１０はＳＬＤとして機能するものであり、光半導体素子１０からは中心波長1.0μｍ、スペクトル線幅８０ｎｍの低コヒーレンス光Ｌｂが射出される。   The light source unit 210 includes the optical semiconductor element 10 shown in FIG. 2 and an optical system 212 for causing the low coherence light Lb emitted from the optical semiconductor element 10 to enter the optical fiber FB1. The optical semiconductor element 10 functions as an SLD, and low optical coherence light Lb having a center wavelength of 1.0 μm and a spectral line width of 80 nm is emitted from the optical semiconductor element 10.

一方、干渉光検出手段２４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から出射した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ２４１と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光する分光手段２４２と、分光手段２４２により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出する光検出手段２４４とを有している。   On the other hand, the interference light detection means 240 detects the interference light L4 between the reflected light L3 combined by the multiplexing means 4 and the reference light L2, and uses the interference light L4 emitted from the optical fiber FB4 as parallel light. The collimator lens 241 to be converted, the spectroscopic means 242 for dispersing the interference light L4 having a plurality of wavelength bands for each wavelength band, and the light detection means 244 for detecting the interference light L4 of each wavelength band split by the spectroscopic means 242. And have.

分光手段２４２は例えば回折格子素子等から構成されており、そこに入射した干渉光Ｌ４を分光して、光検出手段２４４に向けて射出する。また光検出手段２４４は、例えば１次元もしくは２次元に光センサが配列されてなるＣＣＤ等の素子から構成され、各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。   The spectroscopic means 242 is composed of, for example, a diffraction grating element or the like. The spectroscopic interference light L4 incident on the spectroscopic means 242 is split and emitted toward the light detecting means 244. Further, the light detection means 244 is composed of, for example, an element such as a CCD in which photosensors are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and each photosensor is configured to separate the interference light L4 that has been dispersed as described above for each wavelength band. It comes to detect.

上記光検出手段２４４は例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる画像取得手段２５０に接続され、この画像取得手段２５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置１６０に接続されている。   The light detection means 244 is connected to an image acquisition means 250 made up of a computer system such as a personal computer, for example, and the image acquisition means 250 is connected to a display device 160 made up of a CRT or a liquid crystal display device.

以下、上記構成を有する光断層画像取得装置２００の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台１２３を矢印Ａ方向に移動させることにより、測定可能領域内に照射対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット２１０から光Ｌｂが射出され、この光Ｌaは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光プローブ１３０から体腔内に向けて射出され、照射対象Ｓに照射される。このとき、該光プローブ１３０により、そこから出射した測定光Ｌ１が照射対象Ｓを１次元に走査する。そして、照射対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段２４０によって検出される。この検出された干渉光Ｌ４が画像取得手段２５０において適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換されることにより、照射対象Ｓの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。   The operation of the optical tomographic image acquisition apparatus 200 having the above configuration will be described below. When acquiring a tomographic image, the optical path length is adjusted so that the irradiation target S is positioned within the measurable region by first moving the base 123 in the direction of arrow A. Thereafter, the light Lb is emitted from the light source unit 210, and this light La is split into the measurement light L1 and the reference light L2 by the light splitting means 3. The measurement light L1 is emitted from the optical probe 130 into the body cavity and is irradiated onto the irradiation target S. At this time, the measurement light L1 emitted from the optical probe 130 scans the irradiation target S one-dimensionally. Then, the reflected light L3 from the irradiation target S is combined with the reference light L2 reflected by the reflecting mirror 22, and the interference light L4 between the reflected light L3 and the reference light L2 is detected by the interference light detection means 240. The detected interference light L4 is subjected to appropriate waveform compensation and noise removal in the image acquisition means 250 and then subjected to Fourier transform, whereby reflected light intensity distribution information in the depth direction of the irradiation target S is obtained.

そして、光プローブ１３０により上述のように測定光Ｌ１を照射対象Ｓ上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において照射対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。このようにして取得された断層画像は、表示装置１６０に表示される。なお、例えば光プローブ１３０を図８の左右方向に移動させて、照射対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。   Then, if the measurement light L1 is scanned on the irradiation target S by the optical probe 130 as described above, information in the depth direction of the irradiation target S is obtained at each portion along the scanning direction. A tomographic image of a tomographic plane including The tomographic image acquired in this way is displayed on the display device 160. For example, by moving the optical probe 130 in the left-right direction in FIG. 8 and causing the measurement light L1 to scan the irradiation target S in a second direction orthogonal to the scanning direction, this second It is also possible to obtain a tomographic image of a tomographic plane including the direction.

このように、低コヒーレンス光を射出する光源から射出された光を用いて光断層画像を取得する光断層画像取得装置２００において、光源として本発明の光半導体素子１０を用いることにより、偏波依存性が抑制され、出力が時間的に安定した光を用いて光断層画像を取得することができ、ノイズやムラの少ない高精細な画像を得ることができる。   As described above, in the optical tomographic image acquisition apparatus 200 that acquires the optical tomographic image using the light emitted from the light source that emits the low-coherence light, the optical semiconductor element 10 of the present invention is used as the light source. The optical tomographic image can be acquired using light whose output is suppressed and the output is temporally stable, and a high-definition image with less noise and unevenness can be obtained.

容易に低コヒーレンス光の波長帯域を広帯域化することができ、分解能の高い光断層画像を取得することができる。   The wavelength band of low-coherence light can be easily widened, and an optical tomographic image with high resolution can be acquired.

次に、本発明による光半導体素子を光源として用いた光断層画像取得装置のさらに別の例について説明する。図９に示す光断層画像取得装置３００は、測定対象の断層画像を前述のＴＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、レーザ光Ｌｂを射出する光半導体素子１０および集光レンズ１２１からなる光源ユニット２１０と、光源ユニット２１０から射出されて光ファイバＦＢ１を伝搬する低コヒーレンス光ＫＬｂを分割する光分割手段２と、ここを通過した低コヒーレンス光Ｌｂを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割されて光ファイバＦＢ３を伝搬した参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段３２０と、光分割手段３により分割されて光ファイバＦＢ２を伝搬した測定光Ｌ１を照射対象Ｓに照射する光プローブ１３０と、光プローブ１３０から測定光Ｌ１が照射対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４（光分割手段３が兼ねている）と、合波手段４により合波されて反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段３３０とを備えている。   Next, still another example of the optical tomographic image acquisition apparatus using the optical semiconductor element according to the present invention as a light source will be described. An optical tomographic image acquisition apparatus 300 shown in FIG. 9 acquires a tomographic image to be measured by the above-described TD-OCT measurement, and is a light source including an optical semiconductor element 10 that emits laser light Lb and a condenser lens 121. The unit 210, the light splitting means 2 that splits the low-coherence light KLb that is emitted from the light source unit 210 and propagates through the optical fiber FB1, and the low-coherence light Lb that has passed therethrough is split into the measurement light L1 and the reference light L2. The light splitting means 3, the optical path length adjusting means 320 for adjusting the optical path length of the reference light L2 split by the light splitting means 3 and propagated through the optical fiber FB3, and the light splitting means 3 split and propagated through the optical fiber FB2 An optical probe 130 that irradiates the irradiation target S with the measurement light L1, and measurement when the measurement light L1 is irradiated from the optical probe 130 onto the irradiation target S. Interpolation between the reflected light L3 from the elephant and the reference light L2, and the interference between the reflected light L3 and the reference light L2 by the multiplexing means 4 (also serving as the light splitting means 3). Interference light detection means 330 for detecting the light L4.

上記光路長調整手段３２０は、光ファイバＦＢ３から出射した参照光Ｌ２を平行光化するコリメータレンズ３２１と、このコリメータレンズ３２１との距離を変えるように図中矢印Ａ方向に移動可能とされたミラー３２３と、このミラー３２３を移動させるミラー移動手段３２４とから構成されて、照射対象Ｓ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。そして、光路長調整手段３２０により光路長の変更がなされた参照光Ｌ２が合波手段４に導波されるようになっている。   The optical path length adjusting means 320 is a mirror that is movable in the direction of arrow A in the figure so as to change the distance between the collimator lens 321 that collimates the reference light L2 emitted from the optical fiber FB3 and the collimator lens 321. 323 and mirror moving means 324 for moving the mirror 323, and has a function of changing the optical path length of the reference light L2 in order to change the measurement position in the irradiation target S in the depth direction. . Then, the reference light L 2 whose optical path length has been changed by the optical path length adjusting means 320 is guided to the multiplexing means 4.

干渉光検出手段３３０は、合波手段４から光ファイバＦＢ２を伝搬して来た干渉光Ｌ４の光強度を検出する。具体的には、測定光Ｌ１の全光路長と照射対象Ｓのある点で反射、もしくは後方散乱された反射光Ｌ３の合計と、参照光Ｌ２の光路長差が光源のコヒーレンス長よりも短い場合にのみ、反射光量に比例した振幅の干渉信号が検出される。また、光路長調整手段３２０により光路長を走査することで、干渉信号が得られる照射対象Ｓの反射点位置（深さ）が変わって行き、それにより、干渉光検出手段３３０が照射対象Ｓの各測定位置における反射率信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段３２０から画像取得手段へ出力されるようになっている。そして、ミラー移動手段３２４における測定位置の情報と干渉光検出手段３３０により検出された信号とに基づいて、画像取得手段３５０により照射対象Ｓの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。   The interference light detection means 330 detects the light intensity of the interference light L4 that has propagated from the multiplexing means 4 through the optical fiber FB2. Specifically, when the difference between the total optical path length of the measuring light L1 and the reflected light L3 reflected or backscattered at a certain point of the irradiation target S and the optical path length of the reference light L2 is shorter than the coherence length of the light source Only an interference signal with an amplitude proportional to the amount of reflected light is detected. Further, by scanning the optical path length by the optical path length adjusting unit 320, the reflection point position (depth) of the irradiation target S from which the interference signal is obtained changes, and accordingly, the interference light detection unit 330 of the irradiation target S is changed. The reflectance signal at each measurement position is detected. The information on the measurement position is output from the optical path length adjustment unit 320 to the image acquisition unit. Then, based on the information on the measurement position in the mirror moving unit 324 and the signal detected by the interference light detection unit 330, the image acquisition unit 350 obtains the reflected light intensity distribution information in the depth direction of the irradiation target S.

そして、光プローブ１３０により上述のように測定光Ｌ１を照射対象Ｓ上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において照射対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。このようにして取得された断層画像は、表示装置１６０に表示される。なお、例えば光プローブ１３０を図９の左右方向に移動させて、照射対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向と直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。   Then, if the measurement light L1 is scanned on the irradiation target S by the optical probe 130 as described above, information in the depth direction of the irradiation target S is obtained at each portion along the scanning direction. A tomographic image of a tomographic plane including The tomographic image acquired in this way is displayed on the display device 160. For example, by moving the optical probe 130 in the left-right direction in FIG. 9 and causing the measurement light L1 to scan the irradiation target S in a second direction orthogonal to the scanning direction, the second direction is changed. It is also possible to further acquire a tomographic image of the tomographic plane including it.

このように、低コヒーレンス光を射出する光源から射出された光を用いて光断層画像を取得する光断層画像取得装置３００において、光源として本発明の光半導体素子１０を用いることにより、偏波依存性が抑制され、出力が時間的に安定した光を用いて光断層画像を取得することができ、ノイズやムラの少ない高精細な画像を得ることができる。   Thus, in the optical tomographic image acquisition apparatus 300 that acquires an optical tomographic image using light emitted from a light source that emits low-coherence light, by using the optical semiconductor element 10 of the present invention as a light source, polarization dependence is obtained. The optical tomographic image can be acquired using light whose output is suppressed and the output is temporally stable, and a high-definition image with less noise and unevenness can be obtained.

基板の傾斜角度と最大自発光スペクトル幅との関係を示す図The figure which shows the relationship between the inclination-angle of a board | substrate and the maximum self-emission spectrum width 本発明の第１実施形態による光半導体素子の概略立断面図1 is a schematic sectional elevation view of an optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態による光半導体素子の概略測断面図1 is a schematic cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態による波長可変レーザ装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a wavelength tunable laser device according to a second embodiment of the present invention. 波長掃引レーザ装置の概略構成図Schematic configuration diagram of wavelength swept laser device 本発明の第３実施形態による波長可変リングレーザ装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a wavelength tunable ring laser device according to a third embodiment of the present invention. 波長掃引リングレーザ装置の概略構成図Schematic configuration diagram of wavelength swept ring laser device ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像取得装置の一例を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing an example of an optical tomographic image acquisition apparatus based on SS-OCT measurement ＳＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像取得装置の一例を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing an example of an optical tomographic image acquisition apparatus by SD-OCT measurement ＴＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像取得装置の一例を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing an example of an optical tomographic image acquisition apparatus based on TD-OCT measurement

符号の説明Explanation of symbols

１０ 光半導体素子
１１ InGaAs基板１３ n-GaInP下部クラッド層
１５ InGaAs量子井戸活性層
２５、２６ 端面
３０ 波長可変レーザ装置
３２ 回折格子
３３ ミラー
４０ 波長掃引レーザ装置
４１ ポリゴンミラー
５０ 波長可変リングレーザ装置
５１ 光フィルタ
６０ 波長掃引リングレーザ装置
１００、２００、３００ 光断層画像取得装置
１２０、３２０ 光路長調整手段
１３０ プローブ
１４０、２４０、３３０ 干渉光検出手段
Ｌａ レーザ光
Ｌｂ 低コヒーレンス光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical semiconductor element 11 InGaAs substrate 13 n-GaInP lower clad layer 15 InGaAs quantum well active layers 25 and 26 End face 30 Wavelength variable laser device 32 Diffraction grating 33 Mirror 40 Wavelength sweep laser device 41 Polygon mirror 50 Wavelength variable ring laser device 51 Light Filter 60 Wavelength sweep ring laser apparatus 100, 200, 300 Optical tomographic image acquisition apparatus 120, 320 Optical path length adjustment means 130 Probe 140, 240, 330 Interference light detection means
La Laser light Lb Low coherence light

Claims (5)

発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能な光半導体素子であって、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、
該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引張り歪量子井戸活性層を備えることを特徴とする光半導体素子。 An optical semiconductor element capable of emitting light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1),
An optical semiconductor device comprising a tensile strain quantum well active layer laminated on the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1). 素子内における光の共振を抑制する共振抑制手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子。   The optical semiconductor element according to claim 1, further comprising a resonance suppression unit that suppresses resonance of light in the element. 共振器内に、光増幅器および該光増幅器により増幅される光の波長を選択する波長選択手段を備えた外部共振器型の波長可変光源において、
前記光増幅器が、発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能であり、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引っ張り歪み量子井戸活性層を備える光半導体素子を有していることを特徴とする波長可変光源。 In an external resonator type tunable light source including an optical amplifier and wavelength selection means for selecting a wavelength of light amplified by the optical amplifier in the resonator,
The optical amplifier is capable of emitting light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) and the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1. A wavelength tunable light source comprising an optical semiconductor element comprising a tensile strain quantum well active layer laminated on 1). 低コヒーレンス光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、
前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせる合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像取得装置において、
前記光源が、発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能であり、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引張り歪量子井戸活性層を備える光半導体素子を有していることを特徴とする光断層画像取得装置。 A light source that emits low coherence light;
A light splitting means for splitting the light emitted from the light source into measurement light and reference light;
Irradiating means for irradiating the measuring object with the measurement light;
Multiplexing means for superimposing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement light is irradiated on the measurement object;
Interference light detection means for detecting interference light between the reflected light and the reference light multiplexed by the multiplexing means;
In an optical tomographic image acquisition apparatus comprising image acquisition means for acquiring a tomographic image of the measurement object from the interference light detected by the interference light detection means,
The light source can emit light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) and the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1 An optical tomographic image acquisition apparatus comprising: an optical semiconductor element including a tensile strain quantum well active layer laminated on the substrate. 波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する波長掃引光源と、
該波長掃引光源から射出された前記レーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、
前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光とを重ね合わせる合波手段と、
該合波手段により重ねあわされた前記反射光と前記参照光との干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の各深さ位置における前記反射光の強度を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記各深さ位置における前記反射光の強度を用いて前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを有する光断層画像取得装置において、
前記波長掃引光源が、光増幅器および該光増幅器により増幅される光の波長を掃引する波長掃引手段を備え、
前記光増幅器が、発光中心波長が0.9μm以上1.2μm以下の光を射出可能であり、InxGa1-xAs基板(X≠1)と、該InxGa1-xAs基板(X≠1)の上に積層された引張り歪量子井戸活性層を備える光半導体素子を有していることを特徴とする光断層画像取得装置。 A wavelength swept light source that emits laser light while sweeping the wavelength at a constant period;
A light splitting means for splitting the laser light emitted from the wavelength swept light source into measurement light and reference light;
Irradiating means for irradiating the measuring object with the measurement light;
Multiplexing means for superimposing the reflected light of the measurement light from the measurement object and the reference light;
Interference light detection means for detecting the intensity of the reflected light at each depth position of the measurement object based on the frequency and intensity of the interference light between the reflected light and the reference light superimposed by the multiplexing means; ,
In an optical tomographic image acquisition apparatus comprising: an image acquisition unit that acquires a tomographic image of the measurement object using the intensity of the reflected light at each depth position detected by the interference light detection unit;
The wavelength swept light source comprises an optical amplifier and wavelength sweeping means for sweeping the wavelength of light amplified by the optical amplifier,
The optical amplifier is capable of emitting light having an emission center wavelength of 0.9 μm or more and 1.2 μm or less, and an In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1) and the In x Ga 1-x As substrate (X ≠ 1. An optical tomographic image acquisition apparatus comprising an optical semiconductor element comprising a tensile strain quantum well active layer laminated on 1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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