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FIBER RING LASER, OPTICAL PULSE AND OPTICAL TOMOGRAPHIC IMAGING DEVICE

Patent code P160013306
File No. S2015-0378-N0
Posted date Sep 23, 2016
Application number P2015-006924
Publication number P2016-134437A
Patent number P6742690
Date of filing Jan 16, 2015
Date of publication of application Jul 25, 2016
Date of registration Jul 31, 2020
Inventor
  • (In Japanese)鈴木 将之
  • (In Japanese)黒田 寛人
  • (In Japanese)米谷 新
Applicant
  • (In Japanese)学校法人埼玉医科大学
Title FIBER RING LASER, OPTICAL PULSE AND OPTICAL TOMOGRAPHIC IMAGING DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a wide-band optical pulse having a central wavelength at about 1,050 nm, with which, when being used as a measuring beam in an optical tomographic imaging device, an image of a bio-tissue at an eyeground portion can be obtained, the image having a sufficient resolution in a depth direction.
SOLUTION: A fiber ring laser includes: an excitation light source for generating excitation light; a Yb-doped fiber excited by the excitation light; a first single mode fiber for propagating emission light emitted from the Yb-doped fiber that is excited by the excitation light when the excitation light source generates the excitation light; and an isolator for preventing light propagation in a direction opposite to a direction where the excitation light enters the Yb-doped fiber. The fiber ring laser forms optical pulses from the emission light. The length of the first single mode fiber is 55 cm or more and 68 cm or less.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

干渉計の原理を応用して生体組織の断層画像を生成する光断層画像化装置(OCT)が知られている。光断層画像化装置は、低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分離し、測定光を生体組織に照射する。生体組織に照射された測定光が生体組織により散乱又は反射される。後方散乱された反射光は光断層画像化装置に戻る。光断層画像化装置は、反射光を参照光と干渉させて干渉光を生成し、干渉光を用いて生体組織の複数の深さにおける散乱光の強度を画像化する。このような光断層画像化装置のうち、干渉光の波長分布データをフーリエ変換して生体組織の複数の深さにおける散乱光の強度を画像化するものは、フーリエドメイン型光断層画像化装置(FD-OCT)と呼ばれ、他の方式の光断層画像化装置と比較して、可動部分が少なく、装置全体が軽量化及び安定化できる利点がある。

光断層画像化装置は、眼科の網膜診断にも使用されている。例えば、網膜中心部の黄斑部の断層画像を取得するために、波長0.8μm帯の照射光が用いられている。この波長帯は、水の光吸収が少なく、この波長帯の照射光を利用した光断層画像化装置は、色素上皮膜視細胞層等の、網膜の生体組織を識別可能な断層画像を生成する。

一方、色素状被膜下の毛細血管網や篩状板の深部の生体組織を画像化するためには、網膜の生体組織で散乱又は反射される波長0.8μm帯の光と異なり、かつ硝子体で吸収されてしまう波長1.5μm帯の光とも異なる、別の波長帯の光を測定光として用いる必要がある。980nm~1150nmの波長帯は、「2番目の水の窓」と呼ばれており、この波長帯の光は、硝子体での吸収率が低い。さらに、980nm~1150nmの波長帯の光は、角膜側から照射されたとき、可視光を吸収して電気信号に変える網膜で捉えられずに、眼底部分まで入る。光断層画像化装置を用いて色素状被膜下の毛細血管網や篩状板の深部の生体組織を画像化するために、980nm~1150nmの波長帯の光が求められている。

980nm~1150nmの波長帯の光源を発生する光源の1つとして、Yb添加ファイバーを備えるファイバーリングレーザーが、従来から知られていた。例えば、Yb添加ファイバーを備えるファイバーリングレーザーが、ノイズライク光パルスを生成することが知られている(非特許文献1)。Yb添加ファイバーを備えるファイバーリングレーザーが生成する光パルスの強度自己相関波形のグラフの時点差ゼロピコ秒において、ノイズライク光パルス特有のスパイクが観測されている(同Fig.3(b)参照)。

しかしながら、そのスペクトル分布幅は、約10nmの狭帯域である(同Fig.3(a)参照)。一方、光断層画像化装置は干渉計の原理を用いるので、干渉計と同様、光断層画像化装置の測定光が広帯域でなければ、深さ方向の分解能が向上しない。即ち、上記のファイバーリングレーザーが生成する狭帯域の光パルスを光断層画像化装置の測定光として用いても、深さ方向の十分な分解能が得られないという問題がある。

したがって、光断層画像化装置の測定光に用いた場合に、深さ方向に十分な分解能を有する眼底部分の生体組織の画像が得られる、略1050nmに中心波長を有する100nm~110nmの広帯域な光パルスを生成することが求められているのが現状である。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、ファイバーリングレーザー、ファイバーリングレーザーが発生する光パルス、及びファイバーリングレーザーが発生する光パルスを光源とするフーリエドメイン型光断層画像化装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
励起光を発生する励起光源と、
前記励起光が入射される第1の光カップラーと、
前記第1の光カップラーから入射された前記励起光によって励起されるYb添加ファイバーと、
前記励起光源が前記励起光を発生するとき、前記励起光によって励起された前記Yb添加ファイバーが放出する放出光を伝搬する第1のシングルモードファイバーと、
前記励起光が前記Yb添加ファイバーに入射する方向と逆方向の光伝搬を防ぐためのアイソレーターと、
を備え、前記放出光から光パルスを形成するファイバーリングレーザーであって、
前記第1のシングルモードファイバーの長さが55cm以上68cm以下であり、
前記Yb添加ファイバーの前記励起光の中心波長における吸収損失が2700dB/m以上2800dB/m以下であり、前記Yb添加ファイバーの長さが20cm以上29cm以下である、ことを特徴とするファイバーリングレーザー。

【請求項2】
 
励起光を発生する励起光源と、
前記励起光が入射される第1の光カップラーと、
前記第1の光カップラーから入射された前記励起光によって励起されるYb添加ファイバーと、
前記励起光源が前記励起光を発生するとき、前記励起光によって励起された前記Yb添加ファイバーが放出する放出光を伝搬する第1のシングルモードファイバーと、
前記励起光が前記Yb添加ファイバーに入射する方向と逆方向の光伝搬を防ぐためのアイソレーターと、
を備え、前記放出光から光パルスを形成するファイバーリングレーザーであって、
前記第1のシングルモードファイバーの長さが55cm以上68cm以下であり、
前記Yb添加ファイバーの前記励起光の中心波長における吸収損失が2700dB/m以上2800dB/m以下であり、前記Yb添加ファイバーの長さを1としたときの前記第1のシングルモードファイバーの長さが、1.964以上2.428以下である、ことを特徴とするファイバーリングレーザー。

【請求項3】
 
前記第1のシングルモードファイバーから出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第1のコリメーターと、
前記第1のコリメーターから出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第1のλ/4波長板及び第1のλ/2波長板と、
前記第1のλ/4波長板及び第1のλ/2波長板から出射される前記励起光及び前記放出光から、前記光パルスの一部を分離する偏光素子と、
をさらに備える、請求項1から2のいずれかに記載のファイバーリングレーザー。

【請求項4】
 
前記偏光素子から出射される前記光パルスの群速度分散を補償するための分散補償光学素子と、
前記分散補償光学素子から出射された前記励起光及び前記放出光を反射して前記アイソレーターに入射する第1のミラーと、
をさらに備える、請求項3に記載のファイバーリングレーザー。

【請求項5】
 
前記分散補償光学素子は、
平行に配置された第1の回折格子及び第2の回折格子と、
第2のミラーと、
を備え、
前記励起光が前記第1の回折格子及び前記第2の回折格子で回折され、前記第2のミラーで反射され、次いで前記第2の回折格子及び前記第1の回折格子で回折されると、前記光パルスの群速度分散による影響が補償される、請求項4に記載のファイバーリングレーザー。

【請求項6】
 
前記アイソレーターから出射される前記放出光が入射される第2のλ/4波長板と、
前記第2のλ/4波長板から出射される前記励起光及び前記放出光が入射される第2のコリメーターと、
前記第2のコリメーターと前記第1の光カップラーとを結合する、第2のシングルモードファイバーと、
を備える、請求項1から5のいずれかに記載のファイバーリングレーザー。

【請求項7】
 
請求項1から6のいずれかに記載のファイバーリングレーザーによって生成されることを特徴とする光パルス。

【請求項8】
 
請求項1から6のいずれかに記載のファイバーリングレーザーと、
前記ファイバーリングレーザーから入射される光パルスを測定光及び参照光に分岐する分岐部と、
前記測定光を被測定物体に照射し、前記被測定物体からの反射光を受光する照射受光部と、
前記測定光が前記被測定物体に照射されたときに、前記反射光と前記参照光との干渉光を測定して測定データを生成する干渉光測定部と、
前記測定データから、前記被測定物体の複数の深さ位置における前記反射光の強度を算出して前記被測定物体の深さ方向の一次元断層画像を生成する画像生成部と、
を備えることを特徴とする光断層画像化装置。

【請求項9】
 
前記干渉光測定部は、分光素子と光センサとを備え、
前記分光素子が、入射された前記干渉光を波長成分に分解し、
前記光センサが、波長成分に分解された前記干渉光の波長成分毎の強度を測定することにより測定データを生成する、請求項8に記載の光断層画像化装置。

【請求項10】
 
照射検出部を更に備え、
前記照射検出部は、前記被測定物体の深さ方向に垂直な面内で前記被測定物体を走査する走査部を備え、前記画像生成部は、前記走査部が走査した前記面内のそれぞれの位置において生成された前記一次元断層画像から、前記測定物の3次元断層画像を生成する、請求項8から9のいずれかに記載の光断層画像化装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015006924thum.jpg
State of application right Registered


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