JP5913135B2 - 波長掃引光源 - Google Patents
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Description
|LR―LS|<ΔlC 式(1)
この信号光をフーリエ変換すると、ビート周波数f2、f3における反射光強度が得られる。光源21からの光周波数が直線的に掃引されれば、ビート周波数f2、f3と、深さd2、深さd3は正比例する。生体内では、各所から反射光が生じるため、干渉光をフーリエ変換することによって、光軸(z軸)方向に沿った、反射光強度の分布を得ることができる。x軸方向にもビームスキャンを行えば、x−z面内でのOCTイメージが得られる。
2Λsinθ=mλ 式(2)
上式で、Λは回折格子のピッチであり、λは発振波長、mは回折次数である。
図1は、本発明の波長掃引光源の第1の構成を示す図である。波長掃引光源200は、発振器部201および制御電圧生成部202から構成される。発振器部201は、リトロー構成のレーザ発振器であり、利得媒質101は、第1の集光レンズ111および第2の集光レンズ102の間に配置される。回折格子109は、利得媒質101に対して、入射光と回折光が同一方向に入出力するリトロー配置となるような位置に配置される。利得媒質101および回折格子109が光学的に接続され、光共振器が構成される。集光レンズ102と回折格子109との間であって、共振器により形成される光路上には、電気光学偏向器103が配置される。第1の集光レンズ111は、出力結合鏡112に相対し、このようにして出力結合鏡112と回折格子109とを両端とする光共振器が構成される。出力結合鏡112からは、この光共振器によるレーザ作用による出力光113が得られる。
図2は、本発明の波長掃引光源の第2の構成を示す図である。波長掃引光源300は、発振器部301および制御電圧生成部302から構成される。発振器部301は、リトマン構成のレーザ発振器であり、リトロー構成である第1の構成の発振器部201と構成は異なるが、制御電圧生成部302は第1の構成の制御電圧生成部202と同一である。従って、次に発振器部301の構成のみ説明する。
式(4)〜式(7)からわかるように、本発明により電気光学偏向器の制御電圧を補正する方法は、重畳すべき鋸波状波形のべき乗成分(二乗成分、三乗成分)が、発振器部201、301における回折格子106、109周辺の配置構成(θ、φ)によってのみ決定される。したがって、波長掃引を実行するための主たる鋸波状波形の振幅や周期には依存せずに、制御電圧波形の補正を行なうことができる。この結果、鋸波状波形の振幅を変えることによって、波長掃引範囲を自由に変えることができる。乗算器116、118のゲインを調整して、二乗成分および三乗成分の係数を設定するだけで、望ましい制御電圧波形を生成することができる。この結果、発振波長が長波長側となるほど、発振波長がより速く変化して、発振波長の時間変化は、下に凸の形状となる。すなわち、発振波長の時間変化が、波数に対して線形的に変化するように制御が行なわれるので、SS−OCTに適用する場合に、対象物の生体の深さ方向について、線形性が良く尖鋭なOCTイメージが得られる。
<実施例1>
<実施例2>
<実施例3>
Λ(sin(θ+δ)+sinφ)=mλ 式(8)
ここで、Λは回折格子のピッチであり、λは発振波長、mは回折次数である。θおよびφは、図2に示したように回折格子への入射角および出射角である。δは、電気光学偏向器によって受ける回折格子への入射角変化量である。式(2)とともに従来技術について説明したように、波長λの変化形状は、式(8)左辺のθを含むsin項の影響を受ける。実施例3では入射角θが小さくできた。上述の実施例3における波長誤差の低減は、sin項に由来する上に凸の望ましくない変化形状(曲率)が、元々、θが小さいほど少ないためと考えられる。
<実施例4>
波長掃引を角周波数ωで時間的に周期的に行う場合、DCオフセット電圧に、基本波と高調波とを重畳すると、電圧のパターンは、数12の式で表される。
表すことができる。
次に、波長掃引光源の一実施形態(第3実施形態)として、共振器にエタロンフィルタを挿入した波長掃引光源について説明する。
る。
第3実施形態の波長掃引光源では、1つのエタロンフィルタを備える場合について説明したが、共振器の内部または外部に複数のエタロンフィルタを備えるようにしてもよい。
以上では、第3実施形態を参照して、一定の周波数間隔で所望の周波数をもつ光が断続的に出力される場合について説明した。しかしながら、各実施形態の波長掃引光源においては、波長掃引時のコヒーレンス長に関し、波長掃引前のものと比較して劣化しないという側面も備えることを確認することができた。つまり、発振スペクトルの線幅が波長掃引前と波長掃引中で比較して変化しないことを確認できた。
2、22 ビームスプリッタ
3、23、110 ミラー
4、24 生体
5、25 光検出器
21、100、200、300 波長掃引光源
31、32、33 反射面
101 利得媒質
102、111 集光レンズ
103 電気光学偏向器
104 制御電圧
106、19 回折格子
112 出力結合鏡
115 鋸波状波形発生器
116、118 乗算器
117、119 加算器
120 ポリゴンミラー
201、301 発振器部
202、302 制御電圧生成器
300 共振器
101 LD
102 第2の集光レンズ
103 エタロンフィルタ
104 回折格子
105 ミラー
111 第1の集光レンズ
112 光アイソレータ
301 電気光学偏向器
302 制御電圧源
S1 出力光
Claims (8)
- 時間的に出力波長が周期的に変化する光源において、
電気光学偏向器を含む発振器部と、
鋸波状波形の信号ではなく、主たる鋸歯状波形に加え、該鋸歯状波形のべき乗成分が重畳された、前記電気光学偏向器へ印加する制御電圧を生成する制御電圧生成部と を備え、
前記電気光学偏向器はさらに、タンタル酸ニオブ酸カリウムまたはリチウムをドープしたタンタル酸ニオブ酸カリウムからなる電気光学結晶を備え、
前記電気光学偏向器では、前記電気光学結晶への電荷の注入が、前記制御電圧の印加に伴って行われ、前記電荷の注入により前記電気光学結晶内に生じる屈折率の勾配に基づき、この勾配に直交する光線の進路を屈曲させることを特徴とする波長掃引光源。 - 前記発振器部は、利得媒質と、前記利得媒質の一端からの光が入射する回折格子と、前記回折格子への前記入射光の回折光が直入射する端面鏡とを含み、前記回折格子を介して、前記利得媒質と前記端面鏡とが光学的に接続された共振器から構成され、
前記電気光学偏向器は、前記利得媒質と前記回折格子との間であって、前記共振器により形成される光路上に配置され、
前記回折格子への前記電気光学偏向器側からの光入射角をθ、前記回折格子への前記端面鏡側からの光入射角をφ、前記電気光学偏向器の制御電圧対角度感度をγ[rad/V]とするとき、
前記鋸歯状波形の前記べき乗成分として、式
で表される係数を有する二乗成分が重畳されることを特徴とする請求項1に記載の波長掃引光源。 - 前記共振器は、第1発振モードの周波数間隔で光を発振するように構成されており、
前記共振器の内部には、当該共振器の第1共振器長より短い第2共振器長に対応した第2発振モードの周波数間隔で光を発振する第2共振器を有し、
前記共振器は、前記第1発振モードの周波数と前記第2発振モードの周波数とが一致する周波数で発振された光を出力することを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1項に記載の波長掃引光源。 - 前記共振器は、第1発振モードの周波数で光を発振するように構成されており、
前記共振器の外部には、当該共振器の第1共振器長より短い第2共振器長に対応した第2発振モードの周波数間隔で光を発振する第2共振器を有し、
前記第2共振器は、前記第1発振モードの周波数と前記第2発振モードの周波数とが一致する周波数で発振された光を出力することを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1項に記載の波長掃引光源。 - 前記第2共振器は、透過率が波長に対して周期的に変化し各周期における透過スペクトルの半値幅が一定になるように構成されていることを特徴とする請求項6または7に記載の波長掃引光源。
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