JP2017092070A - Wavelength sweeping light source - Google Patents
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Abstract
【課題】光源のコヒーレンス長を短くすることなく、高速な波長掃引を可能とする波長掃引光源を提供すること。【解決手段】波長掃引光源10は、発振波長の遷移を時間的に変化させる第1の光偏向器を備える光源101と、光源から出射された光を分波させる分波器102と、分波器の出力を遅延させる遅延器103と、発振波長の変動周期が当該変動周期よりも高速になるよう、分波器の出力または遅延器の出力を所定のタイミングで切り替え、KTN(KTa1-xNbxO3:0≦x≦1)結晶またはKLTN(K1-yLiyTa1-xNbxO3:0≦x≦1、0<y<1)結晶を用いた第2の光偏向器から構成される光スイッチ部104とを含む。【選択図】図1A wavelength-swept light source that enables high-speed wavelength sweep without shortening the coherence length of the light source. A wavelength swept light source includes a light source including a first optical deflector that temporally changes a transition of an oscillation wavelength, a demultiplexer that demultiplexes light emitted from the light source, and demultiplexing. The delay unit 103 that delays the output of the optical filter and the output of the duplexer or the output of the delay unit are switched at a predetermined timing so that the fluctuation period of the oscillation wavelength is faster than the fluctuation period, and KTN (KTa1-xNbxO3: And an optical switch unit 104 including a second optical deflector using a 0 ≦ x ≦ 1) crystal or a KLTN (K1-yLiyTa1-xNbxO3: 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y <1) crystal. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、発振波長の遷移を時間的に変化させる電気光学結晶を用いた光偏向器を備える波長掃引光源に関する。 The present invention relates to a wavelength swept light source including an optical deflector using an electro-optic crystal that changes a transition of an oscillation wavelength with time.
波長掃引光源は、生体や電子デバイス等の断面を非破壊に観測する光コヒーレンストモグラフィー(OCT)や光掃引測距などの光源として用いられる。その波長掃引速度の高速化によって観測時間が短縮する。 The wavelength swept light source is used as a light source for optical coherence tomography (OCT) for observing a cross section of a living body, an electronic device or the like in a non-destructive manner, or an optical sweep ranging. The observation time is shortened by increasing the wavelength sweep speed.
従来、波長掃引光源をOCTに適用した場合、深さ方向の解像度を損なわずに被検物の面内の観測範囲を拡大したり、あるいは、生体内の高速な現象を観測したりすることが可能となると期待されている(非特許文献1)。 Conventionally, when a wavelength swept light source is applied to OCT, the observation range in the surface of the test object can be expanded without losing the resolution in the depth direction, or a high-speed phenomenon in the living body can be observed. It is expected to be possible (Non-Patent Document 1).
また、従来の波長掃引光源は、半導体光増幅器(SOA)からの出力光をKTN光偏向器により光の方向を変化させ、回折格子に入射される角度を変化させることにより波長選択を行っている。この場合、KTN光偏向器の動作速度が高速であることから、高速な波長掃引が実現される(非特許文献2)。 Further, the conventional wavelength swept light source performs wavelength selection by changing the direction of light output from the semiconductor optical amplifier (SOA) by a KTN optical deflector and changing the angle at which the light enters the diffraction grating. . In this case, since the operating speed of the KTN optical deflector is high, high-speed wavelength sweep is realized (Non-Patent Document 2).
上記従来の波長掃引光源では、KTN光偏向器に正弦波状の駆動電圧を印加した場合、発振波長の時間変化がおおむね正弦波状の光を出力する。このような、時間の経過に伴い発振波長が周期的に増減を繰り返す波長掃引光源をOCTに適用した場合、従来は、時間の経過に対して発振波長が増加する時間帯(あるいはその逆で、発振波長が減少する時間帯)の出力光のみを、被検物の観測に用いていた。そのために、従来のOCTでは、波長掃引光源の発光時間中の半分の時間しか観測を行うことができず、結果として、OCTにて被検物の観測を高速に行うためには、波長掃引光源を高速に波長掃引する必要があった。 In the conventional wavelength swept light source, when a sinusoidal drive voltage is applied to the KTN optical deflector, the temporal change of the oscillation wavelength generally outputs sinusoidal light. When such a wavelength swept light source in which the oscillation wavelength periodically increases and decreases with the passage of time is applied to the OCT, conventionally, a time zone in which the oscillation wavelength increases with the passage of time (or vice versa, Only the output light in the time zone during which the oscillation wavelength decreases was used for observation of the test object. Therefore, in conventional OCT, it is possible to observe only half of the emission time of the wavelength swept light source. As a result, in order to observe the test object at high speed with OCT, the wavelength swept light source It was necessary to sweep the wavelength at a high speed.
従来の波長掃引光源では、波長掃引速度はKTN光偏向器の動作速度で決まるが、KTN光偏向器の動作速度を高速化すると、KTNチップの発熱により偏向角が減少してしまい、掃引波長域も狭まってしまうという問題があった。さらに、KTN光偏向器の動作速度を高速化することで、特定の波長の光が光源の共振器内で周回する回数が減少し、その結果、光源特性の重要なパラメータであるコヒーレンス長が短くなるという問題があった。 In a conventional wavelength swept light source, the wavelength sweep speed is determined by the operating speed of the KTN optical deflector. However, if the operating speed of the KTN optical deflector is increased, the deflection angle decreases due to the heat generated by the KTN chip, and the swept wavelength range There was also a problem that it narrowed. Furthermore, by increasing the operating speed of the KTN optical deflector, the number of times that light of a specific wavelength circulates within the resonator of the light source is reduced, and as a result, the coherence length, which is an important parameter of light source characteristics, is shortened. There was a problem of becoming.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、光源のコヒーレンス長を短くすることなく、高速な波長掃引を可能とする波長掃引光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a wavelength-swept light source that enables high-speed wavelength sweep without shortening the coherence length of the light source.
上記の課題を解決するため、本発明は、発振波長の遷移を時間的に変化させる第1の光偏向器を備える光源と、前記光源から出射された光を分波させる分波器と、前記分波器の出力を遅延させる遅延器と、前記発振波長の変動周期が当該変動周期よりも高速になるよう、前記分波器の出力または前記遅延器の出力を所定のタイミングで切り替え、KTN(KTa1-xNbxO3:0≦x≦1)結晶またはKLTN(K1-yLiyTa1-xNbxO3:0≦x≦1、0<y<1)結晶を用いた第2の光偏向器から構成される光スイッチ部とを含む。 In order to solve the above problems, the present invention provides a light source including a first optical deflector that temporally changes a transition of an oscillation wavelength, a demultiplexer that demultiplexes light emitted from the light source, A delay device that delays the output of the demultiplexer, and the output of the demultiplexer or the output of the delay device are switched at a predetermined timing so that the fluctuation period of the oscillation wavelength is faster than the fluctuation period. KTa 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1) crystal or KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y <1) crystal was used And an optical switch unit composed of a second optical deflector.
前記第1の光偏向器において高速偏向のための電圧の駆動波形は、正弦波または三角波であるようにしてもよい。 In the first optical deflector, a voltage driving waveform for high-speed deflection may be a sine wave or a triangular wave.
前記第1の光偏向器には、出射光の波数の時間変化が三角波になるよう高速偏向のための電圧が印加されるようにしてもよい。 A voltage for high-speed deflection may be applied to the first optical deflector so that the time change of the wave number of the emitted light becomes a triangular wave.
前記遅延器は、光ファイバスプールとしてもよい。 The delay device may be an optical fiber spool.
本発明によれば、光源のコヒーレンス長を維持したまま高速な波長掃引ができる。 According to the present invention, high-speed wavelength sweep can be performed while maintaining the coherence length of the light source.
以下、本発明の一実施形態における波長掃引光源10について説明する。この波長掃引光源10は、発振波長の遷移を正弦波状に時間的に変化させるものである。 Hereinafter, the wavelength swept light source 10 according to an embodiment of the present invention will be described. The wavelength swept light source 10 changes the transition of the oscillation wavelength in a sine wave shape over time.
[波長掃引光源の全体構成]
図1は、波長掃引装置10の構成例を示す模式図である。
[Overall configuration of wavelength swept light source]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the wavelength sweeping apparatus 10.
図1に示すように、波長掃引光源10は、光源101と、光学装置201とを備える。光学装置201は、光カプラ(分波器)102と、遅延器103と、1×2光スイッチ(光スイッチ部)104とを備える。この実施形態では、光源101は、電気光学結晶としての例えばKTN(KTa1-xNbxO3:0≦x≦1)光偏向器またはKLTN(K1-yLiyTa1-xNbxO3:0≦x≦1、0<y<1)光偏向器を用いたものである。この光源101の構成は、後述する図2で詳細に説明する。 As shown in FIG. 1, the wavelength swept light source 10 includes a light source 101 and an optical device 201. The optical device 201 includes an optical coupler (demultiplexer) 102, a delay unit 103, and a 1 × 2 optical switch (optical switch unit) 104. In this embodiment, the light source 101 is, for example, a KTN (KTa 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1) light deflector or KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x ) as an electro-optic crystal. O 3 : 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y <1) An optical deflector is used. The configuration of the light source 101 will be described in detail with reference to FIG.
光カプラ102は、光源101から出射された光を分波させる。遅延器103は、光源101から出射された光を遅延させる。遅延器103は、例えば、光ファイバスプールである。後述するように、この実施形態の波長掃引光源10では、光の波長掃引周期(発振波長)をTとすると、遅延器103は、その半分のT/2だけ遅延させる。 The optical coupler 102 demultiplexes the light emitted from the light source 101. The delay device 103 delays the light emitted from the light source 101. The delay device 103 is, for example, an optical fiber spool. As will be described later, in the wavelength swept light source 10 of this embodiment, when the wavelength sweep period (oscillation wavelength) of light is T, the delay unit 103 delays by half that T / 2.
光スイッチ104は、後述する光偏向器31から構成され、光カプラ102から上部アーム40を介して出射される光と、遅延器103によって遅延され遅延器103から下部アーム50を介して出射される光とを切り替える。そして、切り替えられた光は、光導波路または光ファイバとしての伝送媒体105を伝搬する。上記切り替えの処理は、後に詳細に説明する。 The optical switch 104 includes an optical deflector 31 to be described later, and the light emitted from the optical coupler 102 via the upper arm 40 and the light delayed by the delay unit 103 and emitted from the delay unit 103 via the lower arm 50. Switch between light. The switched light propagates through the transmission medium 105 as an optical waveguide or an optical fiber. The switching process will be described later in detail.
[光源の構成]
図2は、光源101の構成例を示す図である。
[Configuration of light source]
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the light source 101.
図2に示すように、光源101は、半導体光増幅器11と、コリメートレンズ12と、KTNまたはKLTNを用いた光偏向器13と、制御電圧源14とを備える。さらに、この光源101は、回折格子15と、端面鏡16と、集光レンズ17と、出力結合鏡18とを備える。 As shown in FIG. 2, the light source 101 includes a semiconductor optical amplifier 11, a collimating lens 12, an optical deflector 13 using KTN or KLTN, and a control voltage source 14. Further, the light source 101 includes a diffraction grating 15, an end mirror 16, a condenser lens 17, and an output coupling mirror 18.
光源101では、半導体光増幅器11からの出力光を光の方向を変化させ、回折格子15で光が入射する角度を変化させる。そして、その入射角度に応じた特定の波長の光のみが端面鏡16で反射され、その光が、半導体光増幅器11で再結合され、レーザー発振して出力光1として、光学装置201に与えることができる。この場合、光偏向器13によって、回折格子15へ高速に入射される角度を変化させることで、レーザー発振する波長を高速に変化させることができる。 In the light source 101, the direction of light of the output light from the semiconductor optical amplifier 11 is changed, and the angle at which the light is incident on the diffraction grating 15 is changed. Then, only the light having a specific wavelength corresponding to the incident angle is reflected by the end mirror 16, and the light is recombined by the semiconductor optical amplifier 11, laser-oscillated, and given to the optical device 201 as output light 1. Can do. In this case, the wavelength of laser oscillation can be changed at high speed by changing the angle at which the optical deflector 13 is incident on the diffraction grating 15 at high speed.
[光源のコヒーレンス長]
次に、光源101のコヒーレンス長について説明する。
[Coherence length of light source]
Next, the coherence length of the light source 101 will be described.
一般に、コヒーレンス長lcは、下記式(1)で表されることが知られている(例えば、非特許文献2を参照)。 In general, the coherence length lc is known to be represented by the following formula (1) (see, for example, Non-Patent Document 2).
なお、式(1)において、λ:波長、L:共振器長、WT:波長掃引幅、F:波長掃引周波数、WC:回折格子の帯域幅、を示す。 In Equation (1), λ: wavelength, L: resonator length, W T : wavelength sweep width, F: wavelength sweep frequency, W C : bandwidth of diffraction grating.
また、回折格子の帯域幅WCは、式(1)から下記式(2)で表される。 The bandwidth W C of the diffraction grating is expressed by the following formula (2) from the formula (1).
なお、式(2)において、Λ:回折格子の周期、w:ビーム半径、を示す。 In equation (2), Λ: period of the diffraction grating, w: beam radius.
光源101において、波長掃引周波数が大きくなると、上記式(1)に従ってコヒーレンス長lcが短くなることがわかる。 It can be seen that in the light source 101, when the wavelength sweep frequency is increased, the coherence length lc is shortened according to the above equation (1).
本実施形態の波長掃引光源10では、光源101における波長掃引周波数を固定したまま(変えることなく)、光学装置201によってその波長掃引周波数を大きくすることが可能となる。すなわち、コヒーレンス長は短くならず、波長掃引周波数だけを大きくすることができる。 In the wavelength sweep light source 10 of this embodiment, the wavelength sweep frequency can be increased by the optical device 201 while the wavelength sweep frequency in the light source 101 is fixed (without being changed). That is, the coherence length is not shortened, and only the wavelength sweep frequency can be increased.
光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography, OCT)の光源として、波長掃引光源を用いる場合、この方式はSS-OCT(Swept-Source OCT)と呼ばれるが、このSS-OCTは、コヒーレンス長によって断層の深さが決定される。 When a wavelength swept light source is used as a light source for optical coherence tomography (OCT), this method is called SS-OCT (Swept-Source OCT). This SS-OCT is based on the coherence length. Is determined.
このため、本実施形態の波長掃引光源10では、波長掃引速度の高速化に伴うコヒーレンス長の短縮が生じないため、上記SS-OCT方式のOCT光源として好適である。 For this reason, the wavelength swept light source 10 of the present embodiment is suitable as an OCT light source of the above SS-OCT system because the coherence length is not shortened as the wavelength sweep speed increases.
[光源におけるジッター]
光源101において、出力波長の時間揺らぎが生じることになるが、以下の説明ではこれをジッターと称する。
[Jitter in light source]
In the light source 101, time fluctuation of the output wavelength occurs, which will be referred to as jitter in the following description.
本実施形態の波長掃引光源10において、特に、付加光学系の数Nが大きいと、ジッターの影響で掃引波長域の端の部分が選択され、時間的な波長の変化量が小さくなることが考えられる。そのためジッターが小さい光源101が好ましいが、光源101において、ジッターは100psec以下と非常に小さいため、付加光学系による波長掃引速度の高速化にKTN光偏向器またはKLTN光偏向器を用いた光源を用いるのはより好ましい。 In the wavelength swept light source 10 of the present embodiment, especially when the number N of additional optical systems is large, the end portion of the swept wavelength region is selected due to the influence of jitter, and the temporal wavelength variation is considered to be small. It is done. Therefore, the light source 101 with small jitter is preferable. However, since the jitter is very small at 100 psec or less in the light source 101, a light source using a KTN optical deflector or a KLTN optical deflector is used to increase the wavelength sweep speed by the additional optical system. Is more preferable.
[光偏向器の構成]
次に、光偏向器13の構成例について説明する。
[Configuration of optical deflector]
Next, a configuration example of the optical deflector 13 will be described.
光偏向器13は、直方体の電気化学結晶(KTNまたはKLTN)と、その対向する2面に形成された電極とから構成され、電極に電圧を印加することで電気化学結晶に入射された光は偏向する。その偏向角θは、下記式(3)で表される(ただし、印加電圧が交流で高速(主に数十kHz以上)の場合)。 The optical deflector 13 is composed of a rectangular parallelepiped electrochemical crystal (KTN or KLTN) and electrodes formed on two opposing surfaces thereof. Light applied to the electrochemical crystal by applying a voltage to the electrodes is To deflect. The deflection angle θ is expressed by the following formula (3) (provided that the applied voltage is alternating current and high speed (mainly several tens of kHz or more)).
なお、式(3)において、n:屈折率、g11:2次の電気光学係数、e:電気素量、N:電気化学結晶内にあらかじめ蓄積された電子密度、ε:誘電率、L:入射光が進行方向に進む結晶内の長さ、V:印加電圧、d:電極間の距離、を示す。 In equation (3), n: refractive index, g 11 : secondary electro-optic coefficient, e: elementary electric charge, N: electron density stored in advance in the electrochemical crystal, ε: dielectric constant, L: The length in the crystal where incident light travels in the traveling direction, V: applied voltage, d: distance between electrodes.
光偏向器13に十分に低周波(1kHz以下)の電圧を印加した場合、結晶内に電子が注入され、結晶内の電子トラップに捕獲される。これにより、あらかじめ電子が蓄積された状態となる。 When a sufficiently low frequency (1 kHz or less) voltage is applied to the optical deflector 13, electrons are injected into the crystal and trapped in an electron trap in the crystal. As a result, electrons are accumulated in advance.
電子トラップの密度は、1020〜1021m-3程度で、上記低周波の電圧が印加されて結晶内に一様に電子が捕獲されると考えられる。 The density of the electron trap is about 10 20 to 10 21 m −3 , and it is considered that the low frequency voltage is applied and the electrons are uniformly captured in the crystal.
相転移温度付近では、非常に大きな誘電率(比誘電率数万)をもつため、偏向角(全角)はおよそ10°にも達する。 Near the phase transition temperature, since it has a very large dielectric constant (relative dielectric constant tens of thousands), the deflection angle (full angle) reaches about 10 °.
[KTNまたはKLTN結晶]
KTNまたはKLTN結晶の結晶相は、高温相から立方晶、正方晶、斜方晶、菱面体晶の順に相転移する。立方晶においては常誘電性を示し、それ以外では強誘電性を示す。
[KTN or KLTN crystal]
The crystal phase of the KTN or KLTN crystal undergoes phase transition from the high-temperature phase to cubic, tetragonal, orthorhombic and rhombohedral. Cubic crystals exhibit paraelectric properties, and the others exhibit ferroelectricity.
Ta/Nb比と、Li添加量(KLTN結晶の場合のみ)とによって、上記立方晶から正方晶へ相転移する温度を変化させることができるが、立方晶で常誘電相においてKTNまたはKLTN結晶を用いることを想定している。 Depending on the Ta / Nb ratio and the Li addition amount (only in the case of KLTN crystal), the temperature at which the phase transition from the cubic crystal to the tetragonal crystal can be changed, but the KTN or KLTN crystal in the paraelectric phase is cubic. It is assumed to be used.
常誘電相における最低次の電気光学効果は2次の電気光学効果(カー効果)であるため、電界Eの印加に伴う、電界Eと平行な偏波の光の屈折率変化量Δn1は、下記式(4)で表される。 Since the lowest-order electro-optic effect in the paraelectric phase is the second-order electro-optic effect (Kerr effect), the refractive index change amount Δn 1 of polarized light parallel to the electric field E accompanying the application of the electric field E is It is represented by the following formula (4).
なお、式(4)において、g11は電界Eと平行な偏波の光に対する2次の電気光学係数である。 In Equation (4), g 11 is a second-order electro-optic coefficient for polarized light parallel to the electric field E.
一方、電界Eと垂直な偏波の光の屈折率変化量Δn2は、下記式(5)で表される。 On the other hand, the refractive index change amount Δn 2 of polarized light perpendicular to the electric field E is expressed by the following equation (5).
なお、式(5)において、g12は電界Eと垂直な偏波の光に対する2次の電気光学係数である。 In Equation (5), g 12 is a second-order electro-optic coefficient for polarized light perpendicular to the electric field E.
KTNまたはKLTN結晶においては、g12の絶対値は、g11の絶対値の1/3程度である。このため、光偏向器13としてKTNまたはKLTN結晶を用いる場合、より大きな屈折率により効率的な光偏向を実現するために、入射する光の偏波は電界に平行である方が良い。 In KTN or KLTN crystal, an absolute value of g 12 is about 1/3 of the absolute value of g 11. For this reason, when a KTN or KLTN crystal is used as the optical deflector 13, the polarization of incident light should be parallel to the electric field in order to realize efficient optical deflection with a larger refractive index.
[光スイッチの動作]
次に、光スイッチ104の動作について、図1、図3、図4および図5を参照して説明する。
[Operation of optical switch]
Next, the operation of the optical switch 104 will be described with reference to FIG. 1, FIG. 3, FIG. 4, and FIG.
図3は、光スイッチ104におけるスイッチング動作の原理を説明するための図である。図4は、光スイッチ104によって実現されるスイッチングの様子を説明するための図である。図5は、光スイッチ104のKTN光偏向器31に印加される電圧の様子を説明するための図である。なお、KTN光偏向器31に代えて、KLTN光偏向器を適用することもできる。 FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the switching operation in the optical switch 104. FIG. 4 is a diagram for explaining a switching state realized by the optical switch 104. FIG. 5 is a diagram for explaining the state of the voltage applied to the KTN optical deflector 31 of the optical switch 104. Instead of the KTN optical deflector 31, a KLTN optical deflector can be applied.
図3に示すように、光スイッチ104は、KTN光偏向器31と、2つの凸レンズ32,33とを備える。KTN光偏向器31は、上部アーム40からの光と、下部アーム50からの光とを凸レンズ32を介して入射するとともに、上記2つの光R1,R2のうちの一方に切り替えて凸レンズ32を介して光導波路または光ファイバの伝送媒体60へ出射する。 As shown in FIG. 3, the optical switch 104 includes a KTN optical deflector 31 and two convex lenses 32 and 33. The KTN optical deflector 31 receives the light from the upper arm 40 and the light from the lower arm 50 via the convex lens 32 and switches to one of the two lights R1 and R2 via the convex lens 32. Then, the light is emitted to an optical waveguide or optical fiber transmission medium 60.
なお、上部アーム40からの光は光カプラ102で分波された光を意味し、下部アーム50からの光は遅延器103でT/2遅延された光を意味する。 The light from the upper arm 40 means the light demultiplexed by the optical coupler 102, and the light from the lower arm 50 means the light delayed by T / 2 by the delay unit 103.
伝送媒体60へ出射される光R1,R2(図3を参照)は、図4(c)に一例を示すように、T/2ごとに切り替えられる。図4(a)に示すように、光カプラ102で分波された光R1が伝送媒体60へ出射されるのは、T/2期間a1,a2の場合である。この場合、KTN光偏向器31に印加される電圧は、+V(例えば200v)である。T/2は、例えば、2.5μsecである。 Lights R1 and R2 (see FIG. 3) emitted to the transmission medium 60 are switched every T / 2 as shown in FIG. 4C. As shown in FIG. 4A, the light R1 demultiplexed by the optical coupler 102 is emitted to the transmission medium 60 in the case of T / 2 periods a1 and a2. In this case, the voltage applied to the KTN optical deflector 31 is + V (for example, 200 v). T / 2 is, for example, 2.5 μsec.
一方、図4(b)に示すように、遅延器103でT/2遅延された光R2が出射されるのは、T/2期間b1,b2の場合である。この場合、KTN光偏向器31に印加される電圧は、−V(例えば−200v)である。 On the other hand, as shown in FIG. 4B, the light R2 delayed by T / 2 by the delay unit 103 is emitted in the T / 2 periods b1 and b2. In this case, the voltage applied to the KTN optical deflector 31 is −V (for example, −200 v).
本実施形態の光スイッチ104では、光カプラ102の出力光のうちのいずれか一方の出力光において、最大の発振波長を得るタイミング、および、最小の発振波長を得るタイミングで、光カプラ102または遅延器103からの光路を切り替える。これにより、発振波長の周期がT/2、すなわち波長掃引周波数が2倍となり、高速な波長掃引が実現できる。 In the optical switch 104 of this embodiment, the optical coupler 102 or the delay is obtained at the timing for obtaining the maximum oscillation wavelength and the timing for obtaining the minimum oscillation wavelength in the output light of any one of the output lights of the optical coupler 102. The optical path from the device 103 is switched. Thereby, the period of the oscillation wavelength is T / 2, that is, the wavelength sweep frequency is doubled, and high-speed wavelength sweep can be realized.
[光スイッチの種類]
光スイッチは、KTN(KTa1-xNbxO3:0≦x≦1)結晶またはKLTN(K1-yLiyTa1-xNbxO3:0≦x≦1、0<y<1)結晶を用いた光偏向器への電圧印加により、光路を空間的に切り替えることにより実現される(例えば、特許第475138号参照)。
[Types of optical switch]
The optical switch is a KTN (KTa 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1) crystal or KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y < 1) Realized by spatially switching the optical path by applying a voltage to an optical deflector using a crystal (for example, see Japanese Patent No. 475138).
以上説明したように、本実施形態の波長掃引光源10によれば、光源101のコヒーレント長を変えることなく、光カプラ102の出力または遅延器103の出力を所定のタイミングで切り替える。そして、発振波長の変動周期が当該変動周期よりも高速になるように、所定のタイミングが設定される。したがって、光源101のコヒーレンス長を短くすることなく、高速な波長掃引が実現できる。 As described above, according to the wavelength swept light source 10 of the present embodiment, the output of the optical coupler 102 or the output of the delay unit 103 is switched at a predetermined timing without changing the coherent length of the light source 101. The predetermined timing is set so that the fluctuation period of the oscillation wavelength is faster than the fluctuation period. Therefore, high-speed wavelength sweep can be realized without shortening the coherence length of the light source 101.
次に、上記実施形態の実施例1について、図1、図2および図5を参照して説明する。 Next, Example 1 of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 5.
(実施例1)
図1に示した波長掃引装置10において、光源101に用いられる光偏向器13として、KLTN光偏向器を用いた。KLTN光偏向器の結晶は、長さ方向(4.0mm)×幅方向(3.2mm)×厚さ方向(1.0mm)とし、4.0mm×3.2mmの2面に電極を形成した。そして、光入射する3.2mm×1.0mmの2面は、光学研磨を行った。
Example 1
In the wavelength sweeping apparatus 10 shown in FIG. 1, a KLTN optical deflector is used as the optical deflector 13 used for the light source 101. The crystal of the KLTN optical deflector had a length direction (4.0 mm) × width direction (3.2 mm) × thickness direction (1.0 mm), and electrodes were formed on two sides of 4.0 mm × 3.2 mm. Then, optical polishing was performed on two surfaces of 3.2 mm × 1.0 mm where light was incident.
結晶は常誘電相で、比誘電率が17500となる温度に保持した。結晶内に電子を蓄えるために、+400VのDC電圧を10秒、-400VのDC電圧を10秒、それぞれ印加した。その後、±400Vの交流電圧(周波数が200kHzの正弦波)を印加し、光偏向を行った。印加する交流電圧は三角波でもよい。半導体光増幅器11は、1.3um帯のものを用い、波長掃引は中心波長1.32μm、掃引幅100nmを実現した。 The crystal was a paraelectric phase and maintained at a temperature at which the relative dielectric constant was 17500. In order to store electrons in the crystal, a DC voltage of +400 V was applied for 10 seconds and a DC voltage of -400 V was applied for 10 seconds. Thereafter, an AC voltage of ± 400 V (sine wave having a frequency of 200 kHz) was applied to perform light deflection. The alternating voltage to be applied may be a triangular wave. The semiconductor optical amplifier 11 used was a 1.3 um band, and the wavelength sweep realized a center wavelength of 1.32 μm and a sweep width of 100 nm.
遅延器103として、光ファイバスプールを用いた。光ファイバの屈折率は1.467であるため、光ファイバの長さを511mとすることで、遅延器103では、交流電圧の周期5μsecの半分の2.5μsec遅延させた。 An optical fiber spool was used as the delay device 103. Since the refractive index of the optical fiber is 1.467, by setting the length of the optical fiber to 511 m, the delay device 103 delays 2.5 μsec, which is half of the period of the AC voltage of 5 μsec.
光スイッチ104は、図5に示したT/2(=2.5μsec)ごとに、KTN(KTa1-xNbxO3:0≦x≦1)結晶またはKLTN(K1-yLiyTa1-xNbxO3:0≦x≦1、0<y<1)結晶を用いた光偏向器への電圧印加により光路を切り替えることで、波長掃引周波数が400kHzの光を出力させることができた。出力光の波長掃引幅は100nmであった。 The optical switch 104 has a KTN (KTa 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1) crystal or KLTN (K 1-y Li y Ta 1 ) every T / 2 (= 2.5 μsec) shown in FIG. -x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y <1) Light having a wavelength sweep frequency of 400 kHz can be output by switching the optical path by applying a voltage to an optical deflector using a crystal. It was. The wavelength sweep width of the output light was 100 nm.
10 波長掃引光源
31 光偏向器
101 光源
102 光カプラ
103 遅延器
104 光スイッチ
201 光学装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wavelength sweep light source 31 Optical deflector 101 Light source 102 Optical coupler 103 Delay device 104 Optical switch 201 Optical apparatus
Claims (4)
前記光源から出射された光を分波させる分波器と、
前記分波器の出力を遅延させる遅延器と、
前記発振波長の変動周期が当該変動周期よりも高速になるよう、前記分波器の出力または前記遅延器の出力を所定のタイミングで切り替え、KTN(KTa1-xNbxO3:0≦x≦1)結晶またはKLTN(K1-yLiyTa1-xNbxO3:0≦x≦1、0<y<1)結晶を用いた第2の光偏向器から構成される光スイッチ部と
を含むことを特徴とする波長掃引光源。 A light source comprising a first optical deflector that temporally changes the oscillation wavelength transition;
A duplexer for demultiplexing the light emitted from the light source;
A delayer for delaying the output of the duplexer;
The output of the duplexer or the output of the delay device is switched at a predetermined timing so that the fluctuation period of the oscillation wavelength is faster than the fluctuation period, and KTN (KTa 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1) Optical switch composed of a second optical deflector using crystal or KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 : 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y <1) crystal And a wavelength-swept light source.
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