JP4527479B2

JP4527479B2 - 波長走査型ファイバレーザ光源

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Description

本発明は単光性の光を発生してその発光波長を周期的に走査する波長走査型ファイバレーザ光源に関するものである。

従来、光を測定対象に照射し測定対象を分析する分析装置の光源として、広帯域の光源が用いられている。分光分析では広帯域の光を測定対象に投光し、その反射光や透過光を回折格子等で波長成分に空間的に分解したり、干渉計で周波数成分にフーリエ変換して分析する手法が広く用いられている。このような光源としては、例えば白色光源やエルビウムドープドファイバ（ＥＤＦ）を用いたＡＳＥ光源等があった。しかしこのような分光分析では、波長に対する光出力強度密度が低いため、分光において利用できる光のレベルが小さい。そのためフーリエ変換の分析をしても検出光信号がノイズに埋もれてしまい、分析が難しいという欠点があった。

分析装置の光源として、強いレベルの単一スペクトルの光を所望の帯域で変化させる波長可変型の光源を用いる方法もある。これは単光性の強い光の波長を変化させて測定対象に照射し、測定対象を透過したり、又は反射する光をそのまま受光素子で受光するものである。この方法では、光源の波長に対する光出力強度密度が高いので、検出光のレベルと信号対ノイズ比が十分に高く、十分な測定精度を実現できる。

従来の波長可変型の光源には外部共振器型レーザやファイバリングレーザがある。外部共振器型レーザは、ゲイン媒質、例えば半導体レーザを用い、その半導体レーザの一方の端面と外部のミラーとの間で外部共振器を形成し、外部共振器の中に回折格子等による波長可変フィルタを設けることによって発振波長を変化させ、波長可変型の光源を得るようにしたものである。外部共振器型レーザ光源では、外部共振器型長は例えば５０ｍｍと比較的小さく、縦モード間隔は例えば３０ＧＨｚと広い。従って単に波長可変フィルタの波長を変えただけでは、縦モードの間で不安定になる。例えばモード間では不連続なモードホップが生じたり、マルチモードで発振することもある。そのため単一モードで連続的に波長を可変し、しかも出力を安定とするためには、外部共振器長をピエゾ素子等を用いて微妙に制御しなければならず、複雑な制御が必要となる。又機械的な動作を伴い、波長と外部共振器長とを同期させて制御するため、高速で波長を変化させることが難しいという欠点があった。

又非特許文献１に、エルビウムドープドファイバを用いたリングレーザによる波長可変光源も提案されている。これはエルビウムドープドファイバ（ＥＤＦ）及びこれを励起するファイバアンプをゲイン媒体として用い、その光ファイバループの間に波長可変型のバンドパスフィルタを設けて、このバンドパスフィルタの波長を変化させることによって波長可変光源を得るようにしたものである。この場合には光ファイバループの共振器長を例えば３０ｍと長くできるため、縦モード間隔を狭くすることができる。そのため共振器長を変化させることなく、モードホップの影響をなくすることができる。従って厳密には単一モード発振ではないが、バンドパスフィルタの選択波長を変化させるだけで、擬似的に連続して波長可変を行うことができる。
YAMASHITA ET AL., IEEE JOURAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.7, NO.1 JANUARY/FEBRUARY 2001, PP41〜43

波長可変光源を分析装置の光源として用いる場合には、高速で波長を変化させること、及び発振スペクトルの幅を狭くすることが必要であり、これに応じた特性がバンドパスフィルタにも要求される。例えば光コヒーレントトモグラフィ（ＯＣＴ）において、高速の波長走査が利用可能になると、高速の画像処理、血流観測、酸素飽和濃度の変化等の動的な解析が可能となるので、このような装置が要求されている。しかし画像表示フレームレートに追従するような高速の走査が可能な波長レーザ光源は存在しなかった。

従来のフィルタ技術では高速の波長可変特性と、高いＱ値を同時に得ることが難しかった。例えば光音響光学効果（ＡＯ）を利用した波長可変フィルタでは、透過波長以外での抑圧比が十分でなく、安定した発振ができないという欠点があった。又バンドパスフィルタとしてピエゾ素子を用いてファブリペローエタロンを形成した場合には、波長可変速度が数Ｈｚ以下と遅く、ヒステリシスがあるという問題点があった。又バンドパスフィルタに回折格子を用いる場合には、光軸の調整が難しく、高価になるという欠点があった。更にバンドパスフィルタとして光干渉フィルタを用いたものも考えられるが、フィルタを一度通過させるだけではフィルタのＱが低く、あまりスペクトルを狭くすることができないという欠点があった。

本発明はこのような欠点を解消するため成されたもので、狭帯域のスペクトルを持つ光源の波長を広帯域で高速、且つ連続的に走査できるようにした波長走査型のファイバレーザ光源を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の波長走査型ファイバレーザ光源は、レーザ発振の光路となる光ファイバと、前記光ファイバに接続され、発振する波長に利得を有するゲイン媒体と、前記光ファイバに接続され、波長を連続的に可変する波長可変光フィルタと、を具備し、前記波長可変フィルタは、前記光ファイバより得られる光ビームの反射角度を一定範囲で周期的に変化させる光ビーム偏向部と、前記光ビーム偏向部で偏向された光が入射され、入射角と同一方向に入射角に応じて変化する選択波長の光を反射する回折格子と、を具備し、前記波長可変フィルタは、前記光ビーム偏向部で偏向された光ビームのビーム径を拡大するビームエキスパンダを更に有し、前記ビームエキスパンダは選択波長が短くなるに従って拡大率を大きくするものであることを特徴とするものである。

ここで前記ビームエキスパンダは、前記光ファイバより得られる光ビームのビーム径を拡大し、前記光ビーム偏向部の前に配置された第１のビームエキスパンダと、前記第１のビームエキスパンダから得られる光ビームのビーム径を拡大する第２のビームエキスパンダとを有するようにしてもよい。

ここで前記波長可変フィルタは、前記光ビーム偏向部と前記回折格子との間に複数（ｍ≧２：ｍは整数）の反射面を有する多反射面ミラーを更に含むものであり、前記ビーム偏向部による偏向角度範囲をφとすると、前記多反射ミラーの第（ｉ＋１）（ｉ＝１〜ｍ）の面が第ｉの面に対してφ／２ｍだけ傾けて配置され、前記光ビーム偏向部からの光を夫々φ／ｍ毎に第１〜第ｍの反射面に対して入射し、その反射光を前記回折格子に入射するように配置してもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、光ファイバをレーザ発振の光路として用いることによって光路長を長くし、波長可変フィルタで発振波長を変化させる。波長可変フィルタは光ビーム偏向部で光を偏向し、回折格子に入射する。回折格子は入射角に応じて波長が変化するフィルタとして用い、入射光と同一方向に光を反射させる。こうすれば反射可変フィルタが光路の一部を構成することとなり、選択波長によって発振波長を決めることができる。そして回折格子への入射角を連続的に変化させ、波長可変フィルタの選択波長を連続的に変化させることにより、発振波長を変化させることができる。この光ビーム偏向部の偏向速度を十分高くすることによって、高速で波長走査を行うことができるという効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源の構成を示す図である。本実施の形態の波長走査型ファイバレーザ光源１０は光ファイバ１１を含んでループを形成している。このループの一部に、ゲイン媒体１２、光サーキュレータ１３、光カップラ１４及び偏波コントローラ１５を設ける。ゲイン媒体１２は、光ファイバループの一部に設けられるエルビウムイオン（Ｅｒ^３＋）を添加したエルビウムドープドファイバ１６と、このエルビウムドープドファイバ１６にポンプ光を入射するファイバ励起用の半導体レーザ１７、及びＷＤＭカップラ１８を有している。この光ファイバループは、例えば３０〜５０ｍの長さを有するものとする。この励起用半導体レーザ１７は例えば１４８０ｎｍや９８０ｎｍの波長が用いられ、エルビウムドープドファイバ１６を透過する光を増幅するものである。光サーキュレータ１３は、光ファイバ１１を透過する光の方向を図示のように矢印方向に規制するものである。即ち光サーキュレータ１３の入力端子１３ａ，１３ｂが光ファイバループに接続されており、入力端子１３ａから入射した光は光サーキュレータの端子１３ｃより出射される。又光サーキュレータ１３ｃより入射した光は端子１３ｂより出射される。端子１３ｂより入射した光は端子１３ａより出射される。又光カップラ１４は光ファイバループの光の一部を抽出するものであり、偏波コントローラ１５は、光ファイバループを透過する光の偏波方向を一定方向に規定するものである。

光サーキュレータ１３の端子１３ｃは、光ファイバ２１を介して図示のようにコリメートレンズ２２に接続される。コリメートレンズ２２は光ファイバ２１からの光を平行光とするもので、その光軸上には平面状のミラー２３が設けられる。ミラー２３はガルバノメータ２４によって図示のように一定角度の範囲で回動するものである。ミラー２３で反射された光は回折格子（グレーティング）２５に入射される。回折格子２５は一定のピッチで連続して断面のこぎり波形状の面が形成された格子である。そしてこの実施の形態では、リトロー配置によって入射方向が変わっても、入射光は同じ光路を通って投射方向に戻るように構成されている。そして入射角度によって選択波長が変化する。ここで選択波長は例えば１５５０〜１６００ｎｍの範囲とする。ここでミラー２３とガルバノメータ２４とは、光ビームの角度を一定範囲で周期的に変化させる光ビーム偏向部を構成している。この光ビーム偏向部と回折格子２５によって波長可変光フィルタを構成している。

ここでリトロー配置について説明する。回折格子に対する光ビームの入射角をγ、反射角をδとすると、以下の式によって回折光が得られる。
Λ（sinγ＋sinδ）＝ｋλ ・・・（１）
ここでｋは次数であり、０，±１，±２・・・の値となる。さて回折光にはリトロー配置とリットマン配置とがある。リトロー配置では−１次の回折光と入射光の角度が等しい。従って（１）式においてγ＝δ_-1とすると、（１）式より回折光の波長は次式で決定される。
λ＝２Λsinγ ・・・（２）
ここでΛはグレーティングのピッチ（μｍ）、即ち単位長さ当たりの格子線数ａ（本／ｍｍ）の逆数である。尚、リットマン配置では入射光と反射光の角度は一致していない。

光ファイバループの長さは回折格子によるバンドパスフィルタの半値全幅中に複数本の縦モードが含まれるような長さを選択することが必要である。この縦モードの本数は好ましくは１０本以上とし、更に好ましくは１００本以上とし、多いほど好ましい。但し縦モードを多くするためには光ファイバを長くする必要があり、実用的には数十ｍの長さの光ファイバが用いられる。

次にこの実施の形態の動作について説明する。この実施の形態において前述した励起用の半導体レーザ１７を駆動し、ＷＤＭカップラ１８を介して光ファイバループをポンピングする。図２（ａ）はゲイン媒体１２の利得を示す。こうすれば光サーキュレータ１３の作用によって端子１３ａから加わった光が端子１３ｃより光ファイバ２１に入り、コリメートレンズ２２によって平行光となる。そしてミラー２３の回転角度によって決まる角度で反射された光が回折格子２５に加わる。そして回折格子２５のリトロー配置によって選択された反射光がそのまま同一方向に反射され、ミラー２３を介してコリメートレンズ２２に加わる。更にコリメートレンズ２２を介して光サーキュレータ１３より光ファイバループに加わる。又偏波コントローラ１５は光ファイバループを透過する光の偏波を一定方向に調整する。図２（ｂ）は光ファイバループの長さと光ファイバの屈折率で定まる光学長に応じて定まる外部共振縦モードを示している。例えばこの光学長を３０ｍとすると、約１０ＭＨｚの間隔の縦モードが存在する。図２（ｃ）は回折格子２５の特性Ｂ１を示しており、この回折格子２５によって選択された波長で図２（ｄ）に示すように複数の縦モードを含んで多モード発振する。発振波長は例えば１５５０ｎｍとなる。こうして光ファイバループで発振したレーザ光の一部、例えばレーザ光の９０％のレベルの光を光カップラ１４を介して取り出す。尚、多モードの発振での光信号は光波長多重通信で伝送する際には問題となるが、分光分析や光ファイバセンシング、光部品評価などでは発振線幅（厳密には、多モード発振時スペクトルの包絡線の半値幅）が被測定対象の分解能より十分狭ければ、問題となるものではない。光ファイバ１１の長さは光フィルタの半値全幅内に複数本、好ましくは少なくとも１０本以上、更に好ましくは１００本以上のモードが立つような長さを選択しておくものとする。

そしてガルバノメータ２４によってミラー２３を回動させる。こうすれば図３に回折格子部２５への入射角度が変化し、これによって選択波長が図２（ｃ）のＢ１〜Ｂ２〜Ｂ３のように変化する。従ってミラー２３を回動させることによって、図３に示すように発振波長を変化させることができる。

この実施の形態による発振の場合には、図２（ｄ）に示すように多モードの状態の発振となる。ここで図２（ｂ）のように縦モードの間隔が極めて狭いので、波長可変時の発振モードの移動は包絡線状に連続であり、従来の単一モード発振の外部共振器型半導体レーザのようなモードホップとそれに伴う出力や波長の不安定な状態なく波長を連続的に可変できる。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態は光ファイバループの部分については第１の実施の形態と同様であり、サーキュレータ１３からの光ファイバ２１、コリメートレンズ２２についても同様である。この実施の形態では、図４に示すようにコリメートレンズ２２から出射される光の光ビーム径を拡大するようにしたものである。図４に示すようにコリメートレンズ２２からの光ビームのビーム径をＷ_１とすると、プリズム状のビームエキスパンダ３１によって光ビーム径がＷ_２に拡大される。ミラー２３で反射された光は更にビームエキスパンダ３２によってその光ビーム径がＷ_３に拡大されて回折格子２５に加わる。これによって回折格子２５に入射される光の光ビーム径を拡大することができる。

図５はビームエキスパンダ３２と回折格子２５の部分を示す拡大図であり、ビームエキスパンダ３２の第１面への入射角をθ、屈折角をφ、ビームエキスパンダ３２の第２面に対する入射角をν、出射角をμとする。又ビームエキスパンダ３２のプリズムの頂角はαとし、回折格子２５に対して角度βの位置で配置されているものとする。この場合には図示のような屈折により、回折格子２５への入射角はβ＋νとなる。回折格子２５の選択波長λは次式で示される。
λ＝２Λsin（β＋ν）・・・（３）
ここでΛは回折格子ピッチ（μｍ）であり、回折格子定数ａの定数（本／ｍｍ）の逆数である。又回折格子による選択波長の半値幅Δλは次式で与えられる。
Δλ＝λ^２／｛２πＷtan（β＋ν）｝・・・（４）
ここでＷは回折格子２５に加わる光の光ビーム径であり、β＋νは回折格子に対する入射角である。式（３）より明らかなように入射角が大きくなれば選択波長が長く、入射角が小さくなれば短波長となる。そして入射角が大きくなれば図５に示されるように、回折格子の面上に投影される光ビーム径も大きくなるため、λ^２はほぼ一定と考えると、半値幅Δλは短波長となるほど太くなる。

従って半値幅を一定とするためには、波長に応じて入射光の光ビーム径Ｗを変化させるようにすればよい。ビームエキスパンダ３１は元の入射光の光ビーム径Ｗ_１をＷ_２に拡大するものであり、ビームエキスパンダ３２はミラー２３を介して得られる光ビーム径Ｗ_２をＷ_３に拡大するものである。この拡大された光ビーム径Ｗ_２を前述した式（４）に代入することによって半値幅が決定される。ここでビームエキスパンダ３２による光ビーム径Ｗ_３は拡大率をＭ_２とすると、次式で与えられる。
Ｗ_３＝Ｍ_２Ｗ_２・・・（５）
又この拡大率Ｍ_２は次式で与えられる。
Ｍ_２＝（cosφ・cosν）／（cosθ・cosμ）・・・（６）
尚、ビームエキスパンダ３１においても同様にビーム径が拡大され、元の光ビーム径Ｗ_１がＷ_３に拡大される。

図６はこれらの角度の変化と波長変化を示す図である。図７はこの図に基づいて作成したビームエキスパンダ３２を用いたときの半値幅（線分Ａ）の波長に対する変化と、ビームエキスパンダ３２を用いずそのまま光ビームをミラー２３を介して回折格子に入射したときの半値幅（線分Ｂ）の波長に対する変化を示すグラフである。尚このグラフでは半値幅をΔｆ（ＧＨｚ）として表示している。図７より明らかなように、ビームエキスパンダを用いてその角度を適宜設定しておくことによって、図示のように選択波長にかかわらず半値幅をほぼ一定に保つことができる。

図８は本発明の第３の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す図である。この実施の形態においてはビームエキスパンダを用いて光ビーム径を拡大すると共に、ミラーとガルバノメータに代えてポリゴンミラーを用いたものである。ポリゴンミラー４１は図示のように紙面に垂直な軸に沿って回転させることによって、平行光を図示の範囲で角度を変化させて反射するものである。その他の構成は前述した実施の形態と同様である。この場合にも駆動部４２によってポリゴンミラー４１を回転させることによって、選択波長を例えば５０ｎｍの範囲内で数ＫＨｚの走査速度で変化させることができる。例えばポリゴンミラー４１の回転速度を３万ｒｐｍとし、ポリゴンミラー４１の反射面数を１２とすると、１５．４ＫＨｚの走査速度でファイバレーザ光源の発振波長を変化させることができる。尚この実施の形態では、のこぎり波状に発振波長が変化する。

図９は本発明の第４の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す図である。この実施の形態では光ファイバループの一部にゲイン媒体として半導体光増幅器（ＳＯＡ）５１を用いたものである。ファイバループには通常の光ファイバ１１のみでループを形成する。又偏波コントローラとして１５ａ，１５ｂを挿入する。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。図２（ａ）の利得を有し、本実施の形態のように両端に光ファイバを接続してループを形成すると図２（ｂ）に示す外部共振モードが得られる。又第１の実施の形態と同様に、光サーキュレータ１３を介して光ファイバ２１、コリメートレンズ２２、ミラー２３及び回折格子２５を接続しておく。こうすれば回折格子２５への入射角に対応した波長で、前述した実施の形態と同様に発振が得られる。そしてミラー２３を回動させることによって、高速で発振波長を変化させることができる。この実施の形態においても、ビームエキスパンダを用いて入射角度に応じて光軸の幅を変化させることによって、半値幅の変化を抑えることができる。

図１０は本発明の第５の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す図である。この実施の形態では光ファイバループに偏波面保存型光ファイバ６１を用いてファイバレーザ光源のループを形成したものである。この実施の形態でも第４の実施の形態と同様にゲイン媒体として半導体光増幅器５１を用いる。又光サーキュレータ１３、光カップラ１４を用いることも前述の実施の形態と同様である。この実施の形態では、偏波面保存型光ファイバ６１を用いるため、ループを回って発振する光の偏波面は所定方向に一定となる。その他の構成は前述した実施の形態と同様であり、比較的簡単な構成で同様の効果が得られる。

次に本発明の第６の実施の形態について図１１、図１２を用いて説明する。この実施の形態では光ファイバはループ状でなく、ゲイン媒体と光ファイバ及び波長可変フィルタ部を用いて光共振器を構成する。ゲイン媒体７１としては図１２に示すように半導体光増幅器（ＳＯＡ）、ファブリペロー半導体レーザ（ＦＰＬＤ）、又はスーパールミネッセントレーザダイオード（ＳＬＤ）等を用いる。そしてゲイン媒体７１の一方の面７１ａを高反射膜、例えば８０〜１００％程度の反射率を有する反射膜とし、他方の面７１ｂは無反射膜とし、面７１ｂを透過する光をコリメートレンズ７２を介して光ファイバ７３に接続する。光ファイバ７３は偏波コントローラ７４が接続されており、その他端には前述した各実施の形態のいずれかの波長可変フィルタ７６が設けられる。波長可変フィルタ７６は前述した実施の形態のように、ミラー２３とガルバノメータ２４、又はポリゴンミラー４１などから成る光ビーム偏向部と、回折格子２５とによって構成する。ここで光ファイバ７３には光カップラ７５が取付けられており、レーザ光の一部を外部に出射するようになっている。尚、光ファイバ７３は光路長を十分大きくするために用いられる。この光ファイバ７３の長さは回折格子２５の半値全幅中に複数本の縦モードが含まれるような長さを選択することが必要である。この縦モードの本数は好ましくは１０本以上とし、更に好ましくは１００本以上とし、多いほど好ましい。但し縦モードを多くするためには光ファイバを長くする必要があり、実用的には数十ｍの長さの光ファイバが用いられる。

尚ゲイン媒体７１の面７１ａについても無反射膜とし、その外側に全反射ミラーを設けてもよい。この場合には、分岐ミラーと波長可変フィルタ部７６によって光路が構成されることになる。この場合も光ファイバ７３を偏波部保存型の光ファイバとすることによって偏波コントローラ７４を省略することができる。

次に第７の実施の形態について図１３、図１４を用いて説明する。この実施の形態では図１４に示すようにゲイン媒体８１の一方の面８１ｂは無反射膜とし、もう一方の面８１ａは１０％程度の低い反射率として、その反射面８１ａから発振出力光を取り出すようにしたものである。ゲイン媒体の面８１ａにはコリメートレンズ８２及び出力用の光ファイバ８３が設けられる。このため光を取り出すための光カップラは不要となる。その他の構成は第６の実施の形態と同様である。

次に本発明の第８の実施の形態について説明する。この実施の形態はポリゴンミラーやガルバノメータを用いた光ビーム偏向部の走査速度を倍増させるようにして高速を実現するためのものである。以下ではポリゴンミラーの場合について説明する。この実施の形態ではポリゴンミラー４１の出射側に図１５に示すような複数の反射面を持つ多反射面ミラー９１を配置し、その反射位置に回折格子２５を配置するものである。その他の構成は第１の実施の形態と同様とする。ここでミラーはポリゴンミラー４１の偏向角度範囲をφとする。複数の反射面（ｍ≧２）を有する多反射面ミラー９１の反射面をｍ＝３とする。各反射面を図示のように第１の反射面９１ａ，第２の反射面９１ｂ，第３の反射面９１ｃとする。第２の反射面９１ｂは第１の反射面９１ａに対してφ／２ｍ、ここではφを３０°とすると、５°傾いている。又第３の反射面９１ｃも第２の反射面９１ｂに対してφ／２ｍ、即ち５°だけ傾いている。こうすれば図示のようにポリゴンミラー４１の０〜φまでの角度変化に対して、０〜φ／３までは反射面９１ａによって反射される。このとき図示のように反射光は直線Ｌ１からＬ２のように変化する。次いで光ビームが第２の反射面９１ｂに入射すると、直線Ｌ２からＬ３に移動する。このＬ３は元の直線Ｌ１と平行であり、偏向ミラーのφ／３〜２φ／３までの変化によって回折格子２５への反射光はＬ３からＬ４に変化する。このＬ４はＬ２と平行である。更にポリゴンミラー４１の回転によって入射角が２φ／３からφまで変化すると、回折格子２５への反射光はＬ５からＬ６のように変化する。Ｌ５はＬ１，Ｌ３と平行であり、Ｌ６はＬ２及びＬ４と平行である。

ここで反射面９１ａのみからなる平板状のミラーを用いたとすれば、図１６（ａ）に示すように入射角が変化し、これによって波長も変化する。この実施の形態のように３面の反射面９１ａ〜９１ｃを有する場合、図１６（ｂ）に示すように波長の変化幅は小さくなるが、波長走査の速度を速くすることができる。従ってポリゴンミラーの回転数を高くしたり、鏡面数を増加することなく、高速走査を実現することができる。ｍは２以上の任意の整数とすることができる。そして多反射面ミラーは、ｉ＝１〜ｍとすると、第ｉ＋１の面が第ｉの面に対してφ／２ｍだけ傾いて配置され、光ビーム偏向部からの光をφ／ｍ毎に第１〜ｍの反射面に入射し、その反射光を回折格子に入射するようにしたものである。尚、ここではポリゴンミラーについて説明したが、ガルバノメータと平板状のミラーを用いて光ビーム偏向部を構成した場合についても、同様の構造で高速走査を実現することができる。

尚前述した各実施の形態では、光ビーム偏向部としてガルバノミラーやポリゴンミラーを用いているが、反射角度を高速で変化させるものであればよく、これらの構成に限定されるものではない。

本発明は回折格子を用いて比較的簡単な構成で高速で波長が変化するレーザ光源を得ることができる。従って医療用の分析機器、例えば表皮下層の高分解能医用画像診断装置に適用することが可能となる。又ファイバグレーティングセンサを用いて歪みの計測をする場合に、本発明の波長走査型ファイバレーザ光源を光源として用いることができる。

本発明の第１の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す概略図である。本実施の形態の光ファイバレーザ光源のゲイン媒体の利得、発振モード、バンドパスフィルタ及び発振出力を示すグラフである。本実施の形態の発振波長の時間的な変化を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源の波長可変フィルタ部分を示す概略図である。ビームエキスパンダ３２と回折格子２５を示す拡大図である。角度変化と波長変化とを示す図である。ビームエキスパンダの有無による半値幅の波長に対する変化を示すグラフである。本発明の第３の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す概略図である。本発明の第４の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す概略図である。本発明の第５の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す概略図である。本発明の第６の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す概略図である。本実施の形態によるゲイン媒体の詳細を示す図である。本発明の第７の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源を示す概略図である。本実施の形態によるゲイン媒体とその周辺部分の構成を示す図である。本発明の第８の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源の波長可変フィルタ部分を示す概略図である。第８の実施の形態による波長走査型ファイバレーザ光源の時間と回折格子への入射角の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０波長走査型ファイバレーザ光源
１１，７３光ファイバ
１２，７１，８１ゲイン媒体
１３光サーキュレータ
１４カップラ
１５，７４偏波コントローラ
１６エルビウムドープドファイバ
１７半導体レーザ
１８ＷＤＭカップラ
２１光ファイバ
２２コリメートレンズ
２３ミラー
２４ガルバノメータ
２５回折格子
３１，３２ビームエキスパンダ
４１ポリゴンミラー
４２駆動部
５１半導体光増幅器
６１偏波面保存型光ファイバ
７６波長可変フィルタ
９１多反射面ミラー
９１ａ，９１ｂ，９１ｃ反射面

Claims

レーザ発振の光路となる光ファイバと、
前記光ファイバに接続され、発振する波長に利得を有するゲイン媒体と、
前記光ファイバに接続され、波長を連続的に可変する波長可変光フィルタと、を具備し、
前記波長可変フィルタは、
前記光ファイバより得られる光ビームの反射角度を一定範囲で周期的に変化させる光ビーム偏向部と、
前記光ビーム偏向部で偏向された光が入射され、入射角と同一方向に入射角に応じて変化する選択波長の光を反射する回折格子と、を具備し、
前記波長可変フィルタは、
前記光ビーム偏向部で偏向された光ビームのビーム径を拡大するビームエキスパンダを更に有し、
前記ビームエキスパンダは選択波長が短くなるに従って拡大率を大きくするものであることを特徴とする波長走査型ファイバレーザ光源。
前記ビームエキスパンダは、
前記光ファイバより得られる光ビームのビーム径を拡大し、前記光ビーム偏向部の前に配置された第１のビームエキスパンダと、
前記第１のビームエキスパンダから得られる光ビームのビーム径を拡大する第２のビームエキスパンダとを有することを特徴とする請求項１記載の波長走査型ファイバレーザ光源。
前記波長可変フィルタは、
前記光ビーム偏向部と前記回折格子との間に複数（ｍ≧２：ｍは整数）の反射面を有する多反射面ミラーを更に含むものであり、
前記ビーム偏向部による偏向角度範囲をφとすると、前記多反射ミラーの第（ｉ＋１）（ｉ＝１〜ｍ）の面が第ｉの面に対してφ／２ｍだけ傾けて配置され、前記光ビーム偏向部からの光を夫々φ／ｍ毎に第１〜第ｍの反射面に対して入射し、その反射光を前記回折格子に入射するように配置したことを特徴とする請求項１記載の波長走査型ファイバレーザ光源。