表1に0.8µm帯のUHR-OCT(Ultra High Resolution – Optical Coherence Tomography)用の広帯域光源として報告された、ハロゲンランプ、チタンサファイアレーザー、スーパーコンティニューム(SC:supercontinuum)光の特徴をまとめた。

表1.広帯域光源の種類と特徴
広帯域光源 スペクトル幅 光強度
ハロゲンランプ ~460nm
チタンサファイアレーザー ~260nm
スーパーコンティニューム光 ~325nm
  1. ハロゲンランプをOCTの光源として光軸方向分解能1.1,0.8µmが得られ、豚皮のUHR-OCTイメージングがなされている[1,2]。ハロゲンランプはスペクトル幅は広いが空間コヒーレンスが悪く集光が必要である。さらに光源そのものの光強度が弱いため高感度なOCTを構築できない。
  2. チタンサファイアレーザーはUHR-OCTの光源用いられる報告は多く、人眼の網膜と角膜の超高分解能イメージも報告されている[3,4]。スペクトル幅が100nmを超えるチタンサファイアレーザーはパルスの時間幅が10fsを切る。このようなチタンサファイアレーザーは光学系が精密に設計されており、自身の結晶が持つ熱等の外乱に非常に弱く取り扱いが困難である。
    またスペクトル波形は結晶に依存するため比較的ガウス型に近いスペクトル波形を得るためにフィルタが必要であり、雑音が増加してしまう。
  3. フェムト秒レーザー光でPCFを励起し中心波長0.7µm帯でスペクトル幅325nm、光軸方向分解能0.75µmのサブミクロンUHR-OCTが実現されている[5]。SC光は超短パルスを光源とするが,パルス幅は100fs程度でも生成することができる。将来ファイバーレーザーベース化することで超高分解能OCTの実用化を実現することが期待されている。

OCT用光源としてのスーパーコンティニューム光

SC光は超短パルスをファイバーに入射することで生成できるが、使用するファイバーによってSC光の特徴は異なる。表2に各種ファイバーとそのファイバーを用いて生成されるSC光の特徴を示す。比較するのはフォトニッククリスタルファイバー(PCF : Photonic Crystal Fiber)、高NAファイバー、シングルモードファイバー(SMF:Signle Mode Fiber)で生成するSC光である。

表2.ファイバーによるスーパーコンティニューム光の違い
ファイバー スペクトル幅 スペクトル波形
(ガウスor sech2)
雑音 スペクトルの
安定度
PCF 非常に広い ×
高NAファイバー 広い ×
SMF 広い

 

  1. PCFで生成する,スペクトル幅が1µmに及ぶ広帯域なSC光のスペクトル波形は矩形となる。更にはその生成方法に由来する微細構造があり、雑音は高い。またスペクトル波形は入射光強度とファイバーへのパルスの結合率に大きく依存し安定とはいえない。
  2. 高NAファイバーで生成されたSC光はファイバー端面の劣化により、時間とともにスペクトルが劣化する(微細構造が現れる)という重大な欠点がある[7,8]。
  3. SMFで生成したSC光はスペクトル幅はPCFで生成したものに及ばないが、その他の特性は良好で、UHR-OCTの光源としては最も有効な光源であると考えられる。これまでに光軸方向分解能3.7µmのUHR-OCTが実現されている[9]。

参考文献

  • [1]M.Ohmi,andM.Haruna,Opt.Rev.10,478,(2003)
  • [2]M.Ohmi,andMHaruna,レーザー研究,34,(2006)
  • [3]W.Drexler,U.Morgner,R.K.Ghanta,F.X.Kartner,J.S.Schuman,andJ.G.Fujimoto,
    Naturemedicine,7,502-507,(2001)
  • [4]M.Wojtkowski,V.J.Srinivasan,T.H.Ko,J.G.Fujimoto,A.Kowalczyk,andJ.S.Duker,
    Opt.Exp.12,2404-2422,(2004)
  • [5]B.Povazay,K.Bizheva,A.Unterhuber,B.Hermann,H.Sattmann,A.F.Fercher,andW.Drexler,
    Opt.Lett.27,1800-1802,(2002)
  • [6]N.Nishizawa,A.D.Aguirre,J.G.Fujimoto,Proc.ofSPIE,6102,61020H,(2006)
  • [7]D.L.Marks,A.L.Oldenburg,andJ.J.Reynolds,Opt.Lett.27,2010-2012,(2002)
  • [8]H.T.Daniel,L.Marks,Y.L.Koh,S.A.Boppart,Opt.Lett.32,2037-2039(2007)
  • [9]Y.Wang,I.Tomov,J.S.Nelson,andZ.Chen,J.Opt.Soc.Am.A,22,1492-1499,(2005)