JP2017135315A - Wavelength tunable light source - Google Patents

Wavelength tunable light source Download PDF

Info

Publication number
JP2017135315A
JP2017135315A JP2016015540A JP2016015540A JP2017135315A JP 2017135315 A JP2017135315 A JP 2017135315A JP 2016015540 A JP2016015540 A JP 2016015540A JP 2016015540 A JP2016015540 A JP 2016015540A JP 2017135315 A JP2017135315 A JP 2017135315A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
angular velocity
laser
wavelength
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016015540A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6676389B2 (en
Inventor
知哉 中澤
Tomoya Nakazawa
知哉 中澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2016015540A priority Critical patent/JP6676389B2/en
Publication of JP2017135315A publication Critical patent/JP2017135315A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6676389B2 publication Critical patent/JP6676389B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength tunable light source in which variation in the change rate of wavelength can be suppressed.SOLUTION: A wavelength tunable light source 10 includes a semiconductor laser 1 emitting pulse light L1, a laser drive section 2 for driving the semiconductor laser 1, a diffraction grating 4 constituting an external resonator in conjunction with the semiconductor laser 1, receiving the pulse light L1 emitted from the semiconductor laser 1, and returning the diffraction light L2 of wavelength λ corresponding to the incident angle θ, out of the pulse light L1, to the semiconductor laser 1, and a step operation rotary drive section 5 for changing the incident angle θ by rotationally driving the diffraction grating 4 so that the angular speed thereof changes periodically. The laser drive section 2 drives the semiconductor laser 1 so as to emit the pulse light L1 in synchronization with the change of angular speed.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、波長可変光源に関する。   The present invention relates to a wavelength tunable light source.

特許文献1には、2つのミラーで構成される光共振器の内側に、光を放出する光利得媒体と、光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子と、光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子とを備えた、外部共振器型の波長掃引光源が記載されている。この波長掃引光源では、たとえば波長選択素子として回折格子を用い、回折格子を回転させることにより、射出する光の波長を可変としている。また、この波長掃引光源では、光強度変調素子および波長選択素子の駆動を同期させることで、射出する光のスペクトル幅を一定化させている。   In Patent Document 1, an optical gain medium that emits light, a wavelength selection element that selects the wavelength of light emitted from the optical resonator, and an optical resonator inside are arranged inside an optical resonator composed of two mirrors. An external resonator type wavelength swept light source including a light intensity modulation element for modulating the intensity of the light is described. In this wavelength swept light source, for example, a diffraction grating is used as a wavelength selection element, and the wavelength of emitted light is made variable by rotating the diffraction grating. Further, in this wavelength swept light source, the spectrum width of the emitted light is made constant by synchronizing the driving of the light intensity modulation element and the wavelength selection element.

特開2014−421010号公報JP 2014-42010 A

ガス分析等に用いられる波長可変光源では、波長の変化速度を一定とすることが求められる。しかしながら、上述のような波長掃引光源では、ステップ動作型のアクチュエータを用いて回折格子を回転させる場合、回転角度が階段状に変動することに伴って、波長の変化速度が変動する。この状態でパルス状のレーザ光を発生させると、同じ時間間隔で隣り合うパルス間であっても、パルス間ごとにレーザ光の波長変化量が変動する場合がある。このため、ガス分析で得られる吸収曲線の吸収線幅が安定しなくなり、分析結果の精度を向上させることができない。   A variable wavelength light source used for gas analysis or the like is required to have a constant wavelength change rate. However, in the wavelength swept light source as described above, when the diffraction grating is rotated using a step operation type actuator, the wavelength change speed varies as the rotation angle varies stepwise. When pulsed laser light is generated in this state, the amount of change in the wavelength of the laser light may vary from pulse to pulse even between adjacent pulses at the same time interval. For this reason, the absorption line width of the absorption curve obtained by gas analysis becomes unstable, and the accuracy of the analysis result cannot be improved.

本発明は、波長の変化速度の変動を抑制することが可能な波長可変光源を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a wavelength tunable light source capable of suppressing fluctuations in the wavelength change rate.

本発明に係る波長可変光源は、パルス光を出射する半導体レーザと、半導体レーザを駆動するレーザ駆動部と、半導体レーザと共に外部共振器を構成する回折格子であって、半導体レーザから出射されたパルス光が入射し、パルス光のうち入射角に応じた波長の光を半導体レーザに帰還させる回折格子と、回折格子の角速度が周期的に変化するように回折格子を回転駆動して入射角を変化させるステップ動作型の回転駆動部と、レーザ駆動部は、角速度の変化に同期してパルス光を出射するように半導体レーザを駆動する。   A wavelength tunable light source according to the present invention is a semiconductor laser that emits pulsed light, a laser driving unit that drives the semiconductor laser, and a diffraction grating that forms an external resonator together with the semiconductor laser, and the pulse emitted from the semiconductor laser. Incident light is incident and the incident angle is changed by rotating the diffraction grating so that the angular velocity of the diffraction grating periodically changes, and a diffraction grating that returns light of a wavelength corresponding to the incident angle to the semiconductor laser. The step-operation-type rotation drive unit and the laser drive unit to be driven drive the semiconductor laser so as to emit pulsed light in synchronization with the change in angular velocity.

この波長可変光源では、半導体レーザと共に外部共振器を構成する回折格子の回転駆動にステップ動作型の回転駆動部が用いられているため、回折格子の角速度が周期的に変化する。これに対し、半導体レーザは、角速度の変化に同期してパルス光を出射する。これにより、パルス光が出射されるときの角速度を常に一定とみなすことができる。したがって、このパルス光から発生されるパルス状のレーザ光の波長変化速度を常に一定とみなすことができる。この結果、波長の変化速度の変動を抑制することができる。   In this wavelength tunable light source, a step operation type rotational drive unit is used for rotationally driving the diffraction grating that constitutes the external resonator together with the semiconductor laser, so that the angular velocity of the diffraction grating periodically changes. On the other hand, the semiconductor laser emits pulsed light in synchronization with the change in angular velocity. Thereby, the angular velocity when the pulsed light is emitted can always be regarded as constant. Therefore, the wavelength change rate of the pulsed laser light generated from this pulsed light can always be regarded as constant. As a result, fluctuations in the wavelength change rate can be suppressed.

また、角速度は、第一角速度と第一角速度よりも大きい第二角速度との間で周期的に変化しており、レーザ駆動部は、角速度が第一角速度のときにパルス光を出射するように半導体レーザを駆動してもよい。この場合、第一角速度は最小角速度であるため、角速度が第一角速度のときは、入射角が時間的に変化し難い。したがって、角速度が第一角速度のときに、半導体レーザがパルス光を出射することにより、ジッタに対する耐性を向上させることができる。   Further, the angular velocity periodically changes between the first angular velocity and the second angular velocity larger than the first angular velocity, so that the laser driving unit emits pulsed light when the angular velocity is the first angular velocity. A semiconductor laser may be driven. In this case, since the first angular velocity is the minimum angular velocity, when the angular velocity is the first angular velocity, the incident angle hardly changes with time. Therefore, when the angular velocity is the first angular velocity, the semiconductor laser emits pulsed light, thereby improving the resistance to jitter.

本発明に係る波長可変光源は、パルス光を出射する半導体レーザと、半導体レーザを駆動するレーザ駆動部と、半導体レーザから出射されたパルス光を反射するミラーと、半導体レーザと共に外部共振器を構成する回折格子であって、ミラーにより反射されたパルス光が入射し、パルス光のうち入射角に応じた波長の光を、ミラーを介して半導体レーザに帰還させる回折格子と、ミラーの角速度が周期的に変化するようにミラーを回転駆動して入射角を変化させるステップ動作型の回転駆動部と、を備え、レーザ駆動部は、角速度の変化に同期してパルス光を出射するように半導体レーザを駆動する。   A wavelength tunable light source according to the present invention constitutes an external resonator together with a semiconductor laser that emits pulsed light, a laser driving unit that drives the semiconductor laser, a mirror that reflects pulsed light emitted from the semiconductor laser, and the semiconductor laser. A diffraction grating that receives pulsed light reflected by a mirror and returns light having a wavelength corresponding to the incident angle of the pulsed light to the semiconductor laser via the mirror, and the angular velocity of the mirror is periodic. And a step operation type rotation drive unit that changes the incident angle by rotationally driving the mirror so as to change periodically, and the laser drive unit emits pulsed light in synchronization with the change in angular velocity Drive.

この波長可変光源では、半導体レーザと、半導体レーザと共に外部共振器を構成する回折格子との間に配置されたミラーの回転駆動にステップ動作型の回転駆動部が用いられているため、ミラーの角速度が周期的に変化する。これに対し、半導体レーザは、角速度の変化に同期してパルス光を出射する。これにより、パルス光が出射されるときの角速度を常に一定とみなすことができる。したがって、このパルス光から発生されるパルス状のレーザ光の波長変化速度を常に一定とみなすことができる。この結果、波長の変化速度の変動を抑制することができる。   In this wavelength tunable light source, a step operation type rotation drive unit is used for rotation drive of the mirror disposed between the semiconductor laser and the diffraction grating that forms the external resonator together with the semiconductor laser. Changes periodically. On the other hand, the semiconductor laser emits pulsed light in synchronization with the change in angular velocity. Thereby, the angular velocity when the pulsed light is emitted can always be regarded as constant. Therefore, the wavelength change rate of the pulsed laser light generated from this pulsed light can always be regarded as constant. As a result, fluctuations in the wavelength change rate can be suppressed.

本発明によれば、波長の変化速度の変動を抑制することができる。   According to the present invention, fluctuations in the wavelength change rate can be suppressed.

本実施形態に係る波長可変光源を用いた吸光分析装置の構成図である。It is a block diagram of the absorption spectrometer using the wavelength variable light source which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る波長可変光源の構成図である。It is a block diagram of the wavelength variable light source which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る波長可変光源のタイミングチャートである。It is a timing chart of the wavelength variable light source which concerns on this embodiment. 本実施形態における回転量および光出力の時間波形の一例である。It is an example of the amount of rotation in this embodiment, and the time waveform of optical output. 比較形態における回転量および光出力の時間波形の一例である。It is an example of the time waveform of the amount of rotation and optical output in a comparison form. 変形例に係る波長可変光源の構成図である。It is a block diagram of the wavelength variable light source which concerns on a modification.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本実施形態に係る波長可変光源を用いた吸光分析装置の構成図である。図2は、本実施形態に係る波長可変光源の構成図である。図1に示されるように、吸光分析装置100は、ガスの成分を分析する装置であって、波長可変光源10と、回転制御部12と、ガスセル16と、レンズ18と、ディテクタ20と、ロックインアンプ22と、オシロスコープ24と、を備えている。   FIG. 1 is a configuration diagram of an absorption spectrometer using a wavelength tunable light source according to the present embodiment. FIG. 2 is a configuration diagram of the wavelength tunable light source according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the absorption spectrometer 100 is an apparatus for analyzing a gas component, and includes a wavelength tunable light source 10, a rotation controller 12, a gas cell 16, a lens 18, a detector 20, and a lock. An in-amplifier 22 and an oscilloscope 24 are provided.

図1および図2に示されるように、波長可変光源10は、半導体レーザ1と、レーザ駆動部2と、レンズ3と、回折格子4と、回転駆動部5と、レンズ7と、筐体8と、を備えている。なお、筐体8は図2では省略されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the wavelength tunable light source 10 includes a semiconductor laser 1, a laser drive unit 2, a lens 3, a diffraction grating 4, a rotation drive unit 5, a lens 7, and a housing 8. And. Note that the housing 8 is omitted in FIG.

半導体レーザ1は、互いに対向する第一端1aおよび第二端1bを有している。本実施形態では、半導体レーザ1は、量子カスケードレーザ(QCL:Quantum Cascade Laser)である。量子カスケードレーザは、中心波長が互いに異なる複数の活性層をスタック状に積層した構造を有することで、中赤外領域の広帯域の光を出射することができる。半導体レーザ1は、レーザ駆動部2から駆動電流信号S2が入力(印加)されることによりパルス光L1を発生(点灯)させ、第一端1aからパルス光L1を出射する。なお、半導体レーザ1は、量子カスケードレーザに限られない。   The semiconductor laser 1 has a first end 1a and a second end 1b facing each other. In the present embodiment, the semiconductor laser 1 is a quantum cascade laser (QCL: Quantum Cascade Laser). The quantum cascade laser has a structure in which a plurality of active layers having different center wavelengths are stacked in a stack, and thus can emit broadband light in the mid-infrared region. The semiconductor laser 1 receives (applies) the drive current signal S2 from the laser drive unit 2 to generate (lights) the pulsed light L1 and emits the pulsed light L1 from the first end 1a. The semiconductor laser 1 is not limited to the quantum cascade laser.

第一端1aは反射低減膜(不図示)を含んでいる。これにより、第一端1aから外部へ光が出射する際の反射率がたとえば5%以下に低減され、また、外部から第一端1aへ光が入射する際の反射率がたとえば5%以下に低減される。第二端1bは、発振に適した端面反射率を得るための反射制御膜(不図示)を含んでいる。これにより、第二端1bから外部へ光が出射する際の反射率が50%〜90%とされる。   The first end 1a includes a reflection reducing film (not shown). Thereby, the reflectance when light is emitted from the first end 1a to the outside is reduced to, for example, 5% or less, and the reflectance when light is incident on the first end 1a from the outside is, for example, 5% or less. Reduced. The second end 1b includes a reflection control film (not shown) for obtaining an end face reflectance suitable for oscillation. Thereby, the reflectance when light is emitted from the second end 1b to the outside is set to 50% to 90%.

レーザ駆動部2は、半導体レーザ1を駆動する。レーザ駆動部2は、回転制御部12から出力されるパルス状の移動命令信号S1を外部トリガとして入力し、入力した移動命令信号S1に基づいて、パルス状の駆動電流信号S2を半導体レーザ1に出力するレーザ駆動用電源である。   The laser driving unit 2 drives the semiconductor laser 1. The laser drive unit 2 receives the pulsed movement command signal S1 output from the rotation control unit 12 as an external trigger, and supplies the pulsed driving current signal S2 to the semiconductor laser 1 based on the input movement command signal S1. This is a laser driving power source to output.

レンズ3は、第一端1aから出射されるパルス光L1をコリメートする。レンズ3は、発振波長において透明な材料(たとえばZnSe)からなる。レンズ3は、球面収差低減のために非球面レンズであってもよい。レンズ3は、発振波長において反射率をたとえば5%以下に低減する反射低減膜が両面に設けられていてもよい。   The lens 3 collimates the pulsed light L1 emitted from the first end 1a. The lens 3 is made of a material (for example, ZnSe) that is transparent at the oscillation wavelength. The lens 3 may be an aspheric lens for reducing spherical aberration. The lens 3 may be provided on both sides with a reflection reducing film that reduces the reflectance to, for example, 5% or less at the oscillation wavelength.

回折格子4は、たとえば、格子の断面が鋸歯形状であるブレーズド回折格子である。回折格子4には、第一端1aから出射され、レンズ3によりコリメートされたパルス光L1が入射する。回折格子4の格子面には、高反射率の反射膜4aが設けられている。これにより、回折格子4は、入射したパルス光L1のうち、入射角θに応じた波長λの光を入射方向と逆方向に回折させて、回折光L2として第一端1aに帰還させる。入射角θは、パルス光L1の光軸Aと格子面の法線とがなす角度である。   The diffraction grating 4 is, for example, a blazed diffraction grating having a sawtooth cross section. The pulsed light L1 emitted from the first end 1a and collimated by the lens 3 enters the diffraction grating 4. A reflection film 4 a having a high reflectance is provided on the grating surface of the diffraction grating 4. As a result, the diffraction grating 4 diffracts the light having the wavelength λ corresponding to the incident angle θ out of the incident pulsed light L1, and feeds it back to the first end 1a as the diffracted light L2. The incident angle θ is an angle formed by the optical axis A of the pulsed light L1 and the normal of the lattice plane.

回折格子4の格子周期(刻み間隔)dを決定すれば、下記(1)式によって、帰還させるべき波長λに対する入射角θが一意に決まる。リトロー配置であるから、回折次数mは1とする。入射角と回折角とは等しい。
mλ=2d・sinθ …(1)
If the grating period (step interval) d of the diffraction grating 4 is determined, the incident angle θ with respect to the wavelength λ to be fed back is uniquely determined by the following equation (1). Because of the Littrow arrangement, the diffraction order m is 1. The incident angle and the diffraction angle are equal.
mλ = 2d · sinθ (1)

回折格子4と、半導体レーザ1の特に第二端1bとは、リトロー型の外部共振器(EC:ExternalCavity)Eを構成している。すなわち、半導体レーザ1は、外部共振型量子カスケードレーザ(EC−QCL)であり、広い波長可変幅を実現し、複数物質(特に有機物質)の吸光分析を行うことができる。回折格子4と第二端1bとは、回折光L2を多重反射させて増幅する。回折格子4と第二端1bとは、これにより得られたパルス状のレーザ光L3を第二端1bから出射する。   The diffraction grating 4 and particularly the second end 1 b of the semiconductor laser 1 constitute a Littrow external resonator (EC: ExternalCavity) E. That is, the semiconductor laser 1 is an external resonance type quantum cascade laser (EC-QCL), realizes a wide variable wavelength range, and can perform absorption analysis of a plurality of substances (particularly organic substances). The diffraction grating 4 and the second end 1b amplify the diffracted light L2 by multiple reflection. The diffraction grating 4 and the second end 1b emit the pulsed laser beam L3 obtained thereby from the second end 1b.

回転駆動部5は、回転範囲の大きいステップ動作型のアクチュエータであり、回折格子4を回転駆動する。ステップ動作型のアクチュエータでは、最小移動ステップ(最小回転量)が離散的となる。回転駆動部5による回折格子4の回転角は、パルス光L1の光軸Aと格子面の法線とがなす角度であって、入射角θに等しい。   The rotation drive unit 5 is a step operation type actuator having a large rotation range, and rotates the diffraction grating 4. In the step operation type actuator, the minimum movement step (minimum rotation amount) is discrete. The rotation angle of the diffraction grating 4 by the rotation driving unit 5 is an angle formed by the optical axis A of the pulsed light L1 and the normal line of the grating surface, and is equal to the incident angle θ.

ステップ動作型のアクチュエータとしては、たとえば超音波モータおよびステッピングモータが挙げられる。本実施形態では、回転駆動部5はステッピングモータである。回転駆動部5は、回折格子4の角速度が周期的に変化するように回折格子4を回転駆動して入射角θを変化させる。角速度の変化の詳細については、後述する。   Examples of the step operation type actuator include an ultrasonic motor and a stepping motor. In the present embodiment, the rotation drive unit 5 is a stepping motor. The rotation driving unit 5 rotationally drives the diffraction grating 4 so that the angular velocity of the diffraction grating 4 periodically changes to change the incident angle θ. Details of the change in angular velocity will be described later.

レンズ7は、第二端1bから出射されるレーザ光L3をコリメートする。レンズ7は、発振波長において透明な材料(たとえばZnSe)からなる。レンズ7は、球面収差低減のために非球面レンズであってもよい。レンズ7は、発振波長において反射率をたとえば5%以下に低減する反射低減膜が両面に設けられていてもよい。   The lens 7 collimates the laser light L3 emitted from the second end 1b. The lens 7 is made of a material (for example, ZnSe) that is transparent at the oscillation wavelength. The lens 7 may be an aspheric lens for reducing spherical aberration. The lens 7 may be provided on both surfaces with a reflection reducing film that reduces the reflectance to, for example, 5% or less at the oscillation wavelength.

筐体8は、半導体レーザ1と、レンズ3と、回折格子4と、回転駆動部5と、レンズ7とを内部に収容する。筐体8は、窓8aを有している。窓8aからは、第二端1bから出射されレンズ7によりコリメートされたレーザ光L3が外部へ出射される。窓8aは、発振波長において透明な材料(たとえばZnSe)からなり、発振波長において反射率をたとえば5%以下に低減する反射低減膜が両面に設けられていてもよい。   The housing 8 accommodates the semiconductor laser 1, the lens 3, the diffraction grating 4, the rotation drive unit 5, and the lens 7 inside. The housing 8 has a window 8a. From the window 8a, the laser beam L3 emitted from the second end 1b and collimated by the lens 7 is emitted to the outside. The window 8a may be made of a material that is transparent at the oscillation wavelength (for example, ZnSe), and may be provided with a reflection reducing film that reduces the reflectance to, for example, 5% or less at the oscillation wavelength.

回転制御部12は、移動命令信号S1を回転駆動部5に出力して、回転駆動部5の回転を制御する。回転制御部12は、移動命令信号S1を分岐させてレーザ駆動部2にも出力する。   The rotation control unit 12 outputs a movement command signal S <b> 1 to the rotation driving unit 5 and controls the rotation of the rotation driving unit 5. The rotation control unit 12 branches the movement command signal S1 and outputs it to the laser driving unit 2.

ガスセル16は、筒状の容器であり、気体の流入口16aおよび流出口16bを有している。ガスセル16は、ガス分析の対象となる気体がガスセル16の軸方向に沿って内部を流れるように構成されている。ガスセル16は、レーザ光L3をガスセル16内に入射させる第一窓16cを軸方向の一端に有し、気体を通過したレーザ光L4をガスセル16外に出射させる第二窓16dを軸方向の他端に有している。   The gas cell 16 is a cylindrical container and has a gas inlet 16a and an outlet 16b. The gas cell 16 is configured such that a gas to be subjected to gas analysis flows inside along the axial direction of the gas cell 16. The gas cell 16 has a first window 16c for allowing the laser light L3 to enter the gas cell 16 at one end in the axial direction, and a second window 16d for emitting the laser light L4 that has passed through the gas to the outside of the gas cell 16 in the other axial direction. Has at the end.

レンズ18は、レーザ光L4を集光し、集光された光をディテクタ20に受光させる。ディテクタ20は、レンズ18により集光された光を受光し、受光した光の強度を電気信号S3に変換する。ディテクタ20は、たとえばフォトダイオードである。ディテクタ20は、電気信号S3をロックインアンプに出力する。   The lens 18 condenses the laser light L4 and causes the detector 20 to receive the collected light. The detector 20 receives the light collected by the lens 18 and converts the intensity of the received light into an electric signal S3. The detector 20 is, for example, a photodiode. The detector 20 outputs the electric signal S3 to the lock-in amplifier.

ロックインアンプ22は、ディテクタ20から電気信号S3を入力すると共に、レーザ駆動部2から駆動電流信号S2を参照信号として入力する。ロックインアンプ22は、駆動電流信号S2に基づいて、電気信号S3から不要なノイズを取り除き、光出力(強度)を示す信号として電気信号S4をオシロスコープ24に出力する。   The lock-in amplifier 22 receives the electrical signal S3 from the detector 20 and also receives the drive current signal S2 from the laser driver 2 as a reference signal. The lock-in amplifier 22 removes unnecessary noise from the electrical signal S3 based on the drive current signal S2, and outputs the electrical signal S4 to the oscilloscope 24 as a signal indicating optical output (intensity).

オシロスコープ24は、ロックインアンプ22から電気信号S4を入力し、電気信号S4に基づき、たとえばガス吸収線を分析結果として出力する。ガス吸収線は、横軸を時間(波長)、縦軸を光出力としたグラフである。   The oscilloscope 24 receives the electric signal S4 from the lock-in amplifier 22 and outputs, for example, a gas absorption line as an analysis result based on the electric signal S4. The gas absorption line is a graph with time (wavelength) on the horizontal axis and light output on the vertical axis.

図1〜図3を参照して、吸光分析装置100の動作について説明する。図3は、本実施形態に係る波長可変光源のタイミングチャートである。このタイミングチャートでは、(a)移動命令信号S1、(b)回転量(すなわち、入射角θの変化量)、(c)回折格子の角速度(回転量の微分値)、(d)駆動電流信号S2、および(e)光出力(すなわち、電気信号S4)が示されている。   The operation of the absorption spectrometer 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a timing chart of the wavelength tunable light source according to the present embodiment. In this timing chart, (a) a movement command signal S1, (b) a rotation amount (that is, a change amount of the incident angle θ), (c) an angular velocity of the diffraction grating (a differential value of the rotation amount), and (d) a drive current signal. S2 and (e) the light output (ie, electrical signal S4) is shown.

まず、回転制御部12から、移動命令信号S1が回転駆動部5およびレーザ駆動部2に出力される。移動命令信号S1は、たとえば、周波数が100kHz(周期tが0.010msec)のパルス信号である。移動命令信号S1は、デューティー比がたとえば50%であり、t/2ごとに立ち上りおよび立ち下りを繰り返す矩形波の信号である。   First, the movement command signal S <b> 1 is output from the rotation control unit 12 to the rotation driving unit 5 and the laser driving unit 2. The movement command signal S1 is, for example, a pulse signal having a frequency of 100 kHz (cycle t is 0.010 msec). The movement command signal S1 is a rectangular wave signal that has a duty ratio of, for example, 50% and repeats rising and falling every t / 2.

上述のように、本実施形態では、回転駆動部5はステッピングモータである。回転駆動部5は、移動命令信号S1が1パルス入力される度に、最小移動ステップずつ回転する。回転駆動部5の最小移動ステップは、たとえば0.0025degである。回転駆動部5は、移動命令信号S1をトリガとして回転する。本実施形態では、回転駆動部5は、移動命令信号S1の立ち上りをトリガとして回転する。これにより、回折格子4の角速度が周期的に変化するように回折格子4が回転駆動されて入射角θが変化する。角速度の変化の周期は、移動命令信号S1の周期tと等しくなる。   As described above, in the present embodiment, the rotation drive unit 5 is a stepping motor. The rotation drive unit 5 rotates by a minimum movement step every time one pulse of the movement command signal S1 is input. The minimum movement step of the rotation drive unit 5 is, for example, 0.0025 deg. The rotation drive unit 5 rotates using the movement command signal S1 as a trigger. In the present embodiment, the rotation driving unit 5 rotates using the rising edge of the movement command signal S1 as a trigger. As a result, the diffraction grating 4 is rotationally driven so that the angular velocity of the diffraction grating 4 periodically changes, and the incident angle θ changes. The period of change in angular velocity is equal to the period t of the movement command signal S1.

移動命令信号S1の立ち上りにおける角速度は、最小値ω1である。移動命令信号S1の立ち上りから約t/2経過後における角速度は、最大値ω2である。角速度の時間波形は、正弦波状であり、角速度がω1となる点から角速度が次にω1となる点まで、連続的に(滑らかに)変化する。言い換えると、角速度はω1とω1よりも大きいω2との間で周期的に変化する。   The angular velocity at the rising edge of the movement command signal S1 is the minimum value ω1. The angular velocity after the elapse of about t / 2 from the rising edge of the movement command signal S1 is the maximum value ω2. The time waveform of the angular velocity is sinusoidal and changes continuously (smoothly) from the point where the angular velocity becomes ω1 to the point where the angular velocity next becomes ω1. In other words, the angular velocity periodically changes between ω1 and ω2 larger than ω1.

角速度がこのように変化することにより、回転量は階段状に変化する。ここでは、回転量は、単調増加する。なお、単調増加とは減少傾向とならないことを意味し、広義の単調増加を意味する。図3(b)では、角速度が変化しない(角速度が一定である)理想的な場合の回転量が一点鎖線で示されている。   By changing the angular velocity in this way, the amount of rotation changes stepwise. Here, the amount of rotation increases monotonously. The monotonic increase means not decreasing, and means a monotonic increase in a broad sense. In FIG. 3B, the amount of rotation in an ideal case where the angular velocity does not change (the angular velocity is constant) is indicated by a one-dot chain line.

理想的な場合の回転駆動部5の動作は、正比例の直線動作である。実際の場合の回転駆動部5の動作は、ステップ動作であるため、回転駆動部5による回転量は、理想的な場合の回転量よりも小さくなったり大きくなったりを繰り返す。移動命令信号S1の立ち上り、および移動命令信号S1の立ち上りから約t/2経過後において、回転駆動部5による回転量と理想的な場合の回転量とは等しくなる。   In an ideal case, the operation of the rotation drive unit 5 is a linear operation in direct proportion. Since the operation of the rotation drive unit 5 in the actual case is a step operation, the rotation amount by the rotation drive unit 5 repeatedly becomes smaller or larger than the rotation amount in the ideal case. The amount of rotation by the rotation drive unit 5 and the amount of rotation in an ideal case become equal after the rising of the movement command signal S1 and about t / 2 after the rising of the movement command signal S1.

続いて、駆動電流信号S2が、移動命令信号S1に同期してレーザ駆動部2から出力され、半導体レーザ1およびロックインアンプ22に入力される。駆動電流信号S2は、移動命令信号S1が1パルス入力される度に、回転駆動部5の回転と同期して出力されるパルス信号である。駆動電流信号S2は、回転駆動部5の回転と同様に、移動命令信号S1をトリガとして出力される。本実施形態では、駆動電流信号S2は、移動命令信号S1の立ち上りをトリガとして回転する。駆動電流信号S2の周波数及び周期は、移動命令信号S1の周波数及び周期tと等しい。駆動電流信号S2のデューティー比は、たとえば1〜10%である。   Subsequently, the drive current signal S <b> 2 is output from the laser drive unit 2 in synchronization with the movement command signal S <b> 1 and input to the semiconductor laser 1 and the lock-in amplifier 22. The drive current signal S2 is a pulse signal output in synchronization with the rotation of the rotation drive unit 5 every time one pulse of the movement command signal S1 is input. The drive current signal S2 is output using the movement command signal S1 as a trigger, similarly to the rotation of the rotation drive unit 5. In the present embodiment, the drive current signal S2 rotates using the rising edge of the movement command signal S1 as a trigger. The frequency and period of the drive current signal S2 are equal to the frequency and period t of the movement command signal S1. The duty ratio of drive current signal S2 is, for example, 1 to 10%.

このような駆動電流信号S2が半導体レーザ1に入力されることにより、角速度の変化に同期して(角速度の変化の周期と同じ周期tで)、角速度がω1のときにパルス光L1が発生する。発生したパルス光L1は、第一端1aから出射される。このため、パルス光L1が出射されるときに限れば、回転駆動部5が等速回転し、角速度が一定であるとみなすことができる。   By inputting such a drive current signal S2 to the semiconductor laser 1, the pulsed light L1 is generated when the angular velocity is ω1 in synchronization with the change of the angular velocity (with the same cycle t as the cycle of the angular velocity change). . The generated pulsed light L1 is emitted from the first end 1a. For this reason, as long as the pulsed light L1 is emitted, it can be considered that the rotational drive unit 5 rotates at a constant speed and the angular velocity is constant.

パルス光L1は、レンズ3によりコリメートされた後、回折格子4に入射する。回折格子4では、パルス光L1の入射角θに応じた波長λの光が回折され、回折光L2として第一端1aに帰還する。回折光L2は、回折格子4と第二端1bとの間で多重反射されて増幅される。回折光L2は、閾値電流に達した時点で発振し、第二端1bからレーザ光L3として出射される。レーザ光L3は、レンズ7によりコリメートされた後、窓8aを通って筐体8の外部に出射される。   The pulsed light L 1 is collimated by the lens 3 and then enters the diffraction grating 4. In the diffraction grating 4, light having a wavelength λ corresponding to the incident angle θ of the pulsed light L1 is diffracted and returned to the first end 1a as diffracted light L2. The diffracted light L2 is amplified by multiple reflection between the diffraction grating 4 and the second end 1b. The diffracted light L2 oscillates when reaching the threshold current, and is emitted from the second end 1b as the laser light L3. The laser light L3 is collimated by the lens 7 and then emitted to the outside of the housing 8 through the window 8a.

波長可変光源10から出射されたレーザ光L3は、第一窓16cを通って、ガスセル16内に入射する。ガスセル16内の気体を通過したレーザ光L4は、第二窓16dを通って、ガスセル16外に出射する。レーザ光L4は、レンズ18により集光された後、ディテクタ20に受光され、電気信号S3に変換される。電気信号S3は、ロックインアンプ22により不要なノイズ成分が除去され、電気信号S4に変換される。   The laser beam L3 emitted from the wavelength tunable light source 10 enters the gas cell 16 through the first window 16c. The laser beam L4 that has passed through the gas in the gas cell 16 is emitted to the outside of the gas cell 16 through the second window 16d. The laser beam L4 is collected by the lens 18, then received by the detector 20, and converted into an electric signal S3. The electrical signal S3 is converted into an electrical signal S4 after unnecessary noise components are removed by the lock-in amplifier 22.

電気信号S4は、レーザ光L4の光出力を示す信号としてオシロスコープ24に出力される。電気信号S4は、駆動電流信号S2と同期して出力されるので、電気信号S4の周期は駆動電流信号S2の周期と同様に、周期tと等しい。電気信号S4がオシロスコープ24で分析されることにより、ガス分析結果が得られる。   The electrical signal S4 is output to the oscilloscope 24 as a signal indicating the optical output of the laser light L4. Since the electrical signal S4 is output in synchronization with the drive current signal S2, the cycle of the electrical signal S4 is equal to the cycle t similarly to the cycle of the drive current signal S2. The electric signal S4 is analyzed by the oscilloscope 24 to obtain a gas analysis result.

続いて、本実施形態では比較形態と比較して、波長の変化速度の変動(波長変化の不均一性)を抑制可能であることを説明する。図4は、本実施形態における回転量および光出力の時間波形の一例である。図5は、比較形態における回転量および光出力の時間波形の一例である。図4および図5では、周期tは0.010msであり、2周期分が示されている。領域I、III、Vでは、回転量の時間当たりの変化量が小さく、領域II、IVでは、回転量の時間当たりの変化量が大きい。したがって、波長掃引に用いる場合、領域I、III、Vでは、波長変化が遅くなり、領域II、IVでは、波長変化が早くなる。   Subsequently, in the present embodiment, it will be described that fluctuations in the wavelength change rate (non-uniformity in wavelength change) can be suppressed as compared with the comparative example. FIG. 4 is an example of the amount of rotation and the time waveform of the optical output in the present embodiment. FIG. 5 is an example of the rotation amount and the time waveform of the light output in the comparative embodiment. 4 and 5, the period t is 0.010 ms, and two periods are shown. In the regions I, III, and V, the amount of change of the rotation amount per time is small, and in the regions II and IV, the amount of change of the rotation amount per time is large. Therefore, when used for wavelength sweeping, the wavelength change is slow in the regions I, III, and V, and the wavelength change is fast in the regions II and IV.

比較形態は、レーザ駆動部が量子カスケードレーザを駆動するタイミングが異なる点のみで、本実施形態と相違している。比較形態では、量子カスケードレーザが角速度の変化の周期よりも短い周期でパルス光を出射する。この結果、図5に示されるように、パルス状のレーザ光は、領域I〜領域Vのそれぞれで発生される。したがって、同じ時間間隔で隣り合うパルス間であっても、パルス間ごとにレーザ光の波長変化量が変動する。特に、領域II、IVでは、回転量の時間当たりの変化量が大きいため、パルス間ごとのレーザ光の波長変化量も大きい。   The comparative form is different from the present embodiment only in that the timing at which the laser driving unit drives the quantum cascade laser is different. In the comparative mode, the quantum cascade laser emits pulsed light with a period shorter than the period of change in angular velocity. As a result, as shown in FIG. 5, pulsed laser light is generated in each of the regions I to V. Accordingly, even between adjacent pulses at the same time interval, the wavelength change amount of the laser light varies between the pulses. In particular, in regions II and IV, the amount of change in the amount of rotation per time is large, so the amount of change in the wavelength of the laser light between pulses is also large.

一般的な工業製品において、ステップ動作型のアクチュエータの角速度における階段状のムラはほとんど気にならないため無視されることが多い。しかしながら、外部共振型半導体レーザの場合、回折格子の角速度が波長の変化速度に直結するため、上述のように、波長の変化速度にムラが生じてしまう。この状態でパルス状のレーザ光を発生させると、同じ時間間隔で隣り合うパルス間であっても、パルス間ごとにレーザ光の波長変化量が変動する。このため、ガス分析で得られる吸収曲線の吸収線幅が安定しなくなり、分析結果の精度を向上させることができない。   In general industrial products, step-like unevenness in the angular velocity of a step operation type actuator is hardly noticed and is often ignored. However, in the case of an external resonance type semiconductor laser, the angular velocity of the diffraction grating is directly linked to the wavelength change rate, so that the wavelength change rate becomes uneven as described above. When pulsed laser light is generated in this state, the wavelength change amount of the laser light fluctuates for each pulse even between adjacent pulses at the same time interval. For this reason, the absorption line width of the absorption curve obtained by gas analysis becomes unstable, and the accuracy of the analysis result cannot be improved.

これに対し、本実施形態では、レーザ駆動部2は、移動命令信号S1に同期して(結果的には、角速度の変化に同期して)パルス光L1を出射するように半導体レーザ1を駆動する。これにより、半導体レーザ1は、角速度の変化に同期してパルス光L1を出射する。したがって、このパルス光L1から発生されるパルス状のレーザ光L3の波長変化速度を常に一定とみなすことができる。   On the other hand, in the present embodiment, the laser driver 2 drives the semiconductor laser 1 so as to emit the pulsed light L1 in synchronization with the movement command signal S1 (as a result, in synchronization with the change in angular velocity). To do. Thereby, the semiconductor laser 1 emits the pulsed light L1 in synchronization with the change of the angular velocity. Therefore, the wavelength change rate of the pulsed laser light L3 generated from the pulsed light L1 can be always regarded as constant.

レーザ駆動部2は、回転量の時間当たりの変化量が小さい領域I、III、Vの中でも特に、角速度が最小値であるω1のときに(低速回転期間、角速度の時間波形の底のときに)、半導体レーザ1を駆動する。これにより、図4に示されるように、パルス状のレーザ光L3は、角速度がω1のときに発生される。なお、図4では領域IIIの光出力のみが示されている。角速度がω1のとき、入射角θが時間的に変化し難いため、ジッタに対する耐性を向上させることができる。   The laser driving unit 2 is particularly in the regions I, III, and V where the amount of change per hour of the rotation amount is small, when the angular velocity is the minimum value ω1 (low rotation period, when the angular velocity time waveform is at the bottom). ), The semiconductor laser 1 is driven. Thereby, as shown in FIG. 4, the pulsed laser beam L3 is generated when the angular velocity is ω1. FIG. 4 shows only the light output of region III. When the angular velocity is ω1, the incident angle θ hardly changes with time, so that it is possible to improve resistance to jitter.

ここで、角速度がω1のときには、角速度がω1とみなせるときが含まれる。角速度がω1とみなせる角速度の範囲は、達成すべき波数正確性から逆算することができる。たとえば、回折格子4の刻み本数を100本/mm、すなわち、格子周期d=10μm/本とし、回転駆動部5の最小回転量を0.0025degとし、レーザ光L3の波長を5μm、すなわち、波数を2000cm−1とし、達成すべき波数正確性を最小波数増分の100分の1とした場合に、角速度がω1とみなせる範囲を計算により求める。 Here, when the angular velocity is ω1, the case where the angular velocity can be regarded as ω1 is included. The range of angular velocities in which the angular velocities can be regarded as ω1 can be calculated backward from the wave number accuracy to be achieved. For example, the number of steps of the diffraction grating 4 is 100 / mm, that is, the grating period d = 10 μm / line, the minimum rotation amount of the rotation driving unit 5 is 0.0025 deg, and the wavelength of the laser beam L3 is 5 μm, that is, the wave number Is 2000 cm −1, and the range in which the angular velocity can be regarded as ω1 is obtained by calculation when the wave number accuracy to be achieved is 1/100 of the minimum wave number increment.

上記の場合、回折格子4の初期角度は14.4775degであり、次のステップにおける角度、波長および波数はそれぞれ、14.4800deg、5.00084μm、1999.6621cm−1である。したがって、波数の変化(すなわち、最小波数増分)は0.3379cm−1となり、達成すべき波数正確性はこれの100分の1である0.0034cm−1となる。よって、許容可能な波数の上限は2000.0034cm−1、許容可能な波数の下限は1999.9966cm−1となる。 In the above case, the initial angle of the diffraction grating 4 is 14.4775 deg, and the angle, wavelength, and wave number in the next step are 14.4800 deg, 5.00084 μm, and 1999.6612 cm −1 , respectively. Therefore, the change in wave number (i.e., the minimum wave number increment) is 0.3379Cm -1, and the wave number accuracy to be achieved is the 0.0034Cm -1 is one hundredth of this. Therefore, the upper limit of the allowable wavenumber 2000.0034Cm -1, the lower limit of the allowable wavenumber becomes 1999.9966cm -1.

許容可能な波長の下限は4.99999μm、許容可能な波長の上限は5.00001μmとなる。このとき、許容可能な角度の上限は14.47754deg、許容可能な角度の下限は14.47749degとなる。許容可能な角度の上限と下限との差分は0.0500mdegとなる。したがって、許容可能な角度誤差は0.0250mdegとなる。   The lower limit of the allowable wavelength is 4.99999 μm, and the upper limit of the allowable wavelength is 5.00001 μm. At this time, the upper limit of the allowable angle is 14.47754 deg, and the lower limit of the allowable angle is 14.47749 deg. The difference between the upper limit and the lower limit of the allowable angle is 0.0500 mdeg. Therefore, the allowable angle error is 0.0250 mdeg.

移動命令信号S1の周波数を100kHz、ω2=0.55deg/msとする。レーザ駆動部2のジッタ量を0.1μs(1周期0.010msecの1%に相当)とすると、一定とみなせる角速度の閾値は、0.05deg/msとなる。したがって、ω2に対する一定とみなせる角速度の閾値の比率は、9.1%である。すなわち、角速度がω1とみなせる範囲は、ω2の約10%以下となる。   The frequency of the movement command signal S1 is 100 kHz and ω2 = 0.55 deg / ms. When the jitter amount of the laser driving unit 2 is 0.1 μs (corresponding to 1% of one cycle of 0.010 msec), the angular velocity threshold that can be regarded as constant is 0.05 deg / ms. Therefore, the ratio of the threshold of the angular velocity that can be regarded as constant with respect to ω2 is 9.1%. That is, the range in which the angular velocity can be regarded as ω1 is about 10% or less of ω2.

レーザ光L3の波長が他の値をとる場合についても、達成すべき波数正確性を1ステップの波数増分(すなわち、最小波数増分)の100分の1と設定する限り、角速度がω1とみなせる範囲は変わらず、ω2の約10%以下となる。   Even when the wavelength of the laser beam L3 takes other values, the angular velocity can be regarded as ω1 as long as the wavenumber accuracy to be achieved is set to 1 / 100th of the wavenumber increment of one step (that is, the minimum wavenumber increment). Does not change and is about 10% or less of ω2.

以上説明したように、波長可変光源10では、半導体レーザ1と共に外部共振器Eを構成する回折格子4の回転駆動にステップ動作型の回転駆動部5が用いられているため、回折格子4の角速度が周期的に変化する。これに対し、半導体レーザ1は、角速度の変化に同期してパルス光L1を出射する。これにより、パルス光L1が出射されるときの角速度を常に一定とみなすことができる。したがって、このパルス光L1から発生されるパルス状のレーザ光L3の波長変化速度を常に一定とみなすことができる。この結果、波長の変化速度の変動を抑制することができる。   As described above, in the wavelength tunable light source 10, the angular velocity of the diffraction grating 4 is used because the step operation type rotation drive unit 5 is used to rotate the diffraction grating 4 that constitutes the external resonator E together with the semiconductor laser 1. Changes periodically. On the other hand, the semiconductor laser 1 emits the pulsed light L1 in synchronization with the change in angular velocity. Thereby, the angular velocity when the pulsed light L1 is emitted can always be regarded as constant. Therefore, the wavelength change rate of the pulsed laser light L3 generated from the pulsed light L1 can be always regarded as constant. As a result, fluctuations in the wavelength change rate can be suppressed.

吸光分析装置100では、波長可変光源10で発生したパルス状のレーザ光L3により、ガス分析が行われる。上述のように、レーザ光L3は、角速度を常に一定とみなすことができるときに出射されるパルス光L1に基づき発生される。このため、レーザ光L3では、同じ時間間隔で隣り合うパルス間で波長変化量が常に一定となる。これにより、ガス分析で得られる吸収曲線の吸収線幅が安定し、分析結果の精度を向上させることができる。   In the absorption analyzer 100, gas analysis is performed by the pulsed laser light L3 generated by the wavelength tunable light source 10. As described above, the laser light L3 is generated based on the pulsed light L1 emitted when the angular velocity can always be regarded as constant. For this reason, in the laser beam L3, the wavelength change amount is always constant between adjacent pulses at the same time interval. Thereby, the absorption line width of the absorption curve obtained by gas analysis is stabilized, and the accuracy of the analysis result can be improved.

また、角速度は、ω1とω2との間で周期的に変化しており、レーザ駆動部2は、角速度がω1のときにパルス光L1を出射するように半導体レーザ1を駆動する。ω1は最小角速度であるため、角速度がω1のときは、入射角θが時間的に変化し難い。したがって、角速度がω1のときに、半導体レーザ1がパルス光L1を出射することにより、ジッタに対する耐性を向上させることができる。   Further, the angular velocity periodically changes between ω1 and ω2, and the laser driver 2 drives the semiconductor laser 1 so as to emit the pulsed light L1 when the angular velocity is ω1. Since ω1 is the minimum angular velocity, when the angular velocity is ω1, the incident angle θ hardly changes with time. Therefore, when the angular velocity is ω1, the semiconductor laser 1 emits the pulsed light L1, whereby the tolerance to jitter can be improved.

以上、本実施形態に係る波長可変光源10について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。   The wavelength variable light source 10 according to the present embodiment has been described above, but the present invention is not limited to this.

図6は、変形例に係る波長可変光源の構成図である。波長可変光源10Aは、第一端1aから出射され、レンズ3によりコリメートされたパルス光L1を反射するミラー30を更に備える点、回折格子4には、ミラー30により反射されたパルス光L1が入射する点、回折格子4は、ミラー30を介して回折光L2を第一端1aに帰還させる点、および回転駆動部5がミラー30を回転駆動する点で、波長可変光源10(図2参照)と主に相違し、その他の点で一致している。   FIG. 6 is a configuration diagram of a wavelength tunable light source according to a modification. The wavelength tunable light source 10A further includes a mirror 30 that reflects the pulsed light L1 emitted from the first end 1a and collimated by the lens 3, and the pulsed light L1 reflected by the mirror 30 is incident on the diffraction grating 4. The diffraction grating 4 is a point that returns the diffracted light L2 to the first end 1a via the mirror 30, and a point that the rotation drive unit 5 rotates the mirror 30 to rotate the wavelength tunable light source 10 (see FIG. 2). The main difference is that it is the same in other respects.

波長可変光源10Aでは、ミラー30の回転駆動にステップ動作型の回転駆動部5が用いられているため、ミラー30の角速度が周期的に変化する。回転駆動部5によるミラー30の回転角αは、パルス光L1の光軸Aと反射面の法線とがなす角度である。幾何学的関係から、入射角θは、回転角αと相関関係にあることがわかる。したがって、波長可変光源10Aにおいても、波長可変光源10の場合と同様に、波長の変化速度の変動を抑制することができる。   In the wavelength tunable light source 10 </ b> A, since the step operation type rotation drive unit 5 is used to rotate the mirror 30, the angular velocity of the mirror 30 periodically changes. The rotation angle α of the mirror 30 by the rotation driving unit 5 is an angle formed by the optical axis A of the pulsed light L1 and the normal line of the reflecting surface. From the geometric relationship, it can be seen that the incident angle θ is correlated with the rotation angle α. Therefore, also in the wavelength tunable light source 10 </ b> A, similarly to the case of the wavelength tunable light source 10, fluctuations in the wavelength change rate can be suppressed.

また、波長可変光源10Aでは、ミラー30を備える構成により、外部共振器Eの光路長を長くすることができるため、波長分解能が向上する。更に、上述の幾何学的関係から、ミラー30の回転角αを所定量変化させることにより、回折角(すなわち入射角θ)を回転角αの変化量の2倍変化させることができる。すなわち、回折角を変化させるために必要な回転駆動部5の回転量が、波長可変光源10の場合と比較して1/2で済む。   Further, in the wavelength tunable light source 10A, since the optical path length of the external resonator E can be increased by the configuration including the mirror 30, the wavelength resolution is improved. Furthermore, from the above geometric relationship, the diffraction angle (that is, the incident angle θ) can be changed twice as much as the change amount of the rotation angle α by changing the rotation angle α of the mirror 30 by a predetermined amount. That is, the amount of rotation of the rotation drive unit 5 necessary for changing the diffraction angle is half that of the wavelength variable light source 10.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It deform | transforms in the range which does not change the summary described in each claim, or applied to another thing. There may be.

波長可変光源10,10Aにおいて、レーザ駆動部2は、移動命令信号S1と同期して(結果的には、角速度の変化に同期して)パルス光L1を出射するように半導体レーザ1を駆動すればよく、角速度がω1のとき以外に半導体レーザ1を駆動してもよい。言い換えると、レーザ駆動部2は、角速度の変化に同期していれば、移動命令信号S1の立ち上りから所定時間T(0≦T<t)経過後ごとに半導体レーザ1を駆動してもよい。角速度の変化に対してレーザ光L3が瞬間的であれば、これにより、角速度を理論上は一定とみなすことができる。   In the wavelength tunable light sources 10 and 10A, the laser driver 2 drives the semiconductor laser 1 so as to emit the pulsed light L1 in synchronization with the movement command signal S1 (as a result, in synchronization with the change in angular velocity). The semiconductor laser 1 may be driven other than when the angular velocity is ω1. In other words, the laser drive unit 2 may drive the semiconductor laser 1 every time a predetermined time T (0 ≦ T <t) has elapsed since the rising of the movement command signal S1, as long as it is synchronized with the change in angular velocity. If the laser beam L3 is instantaneous with respect to the change in angular velocity, the angular velocity can be regarded as theoretically constant.

たとえば、レーザ駆動部2は、移動命令信号S1の立ち上りから約t/2経過後、すなわち、角速度がω2のときに(高速回転期間、角速度の時間波形の頂のときに)、半導体レーザ1を駆動してもよい。図3(d)に示されるように、角速度がω2のとき、角速度の変化量が小さくなるため、ジッタを抑制することができる。   For example, after about t / 2 has elapsed since the rising of the movement command signal S1, that is, when the angular velocity is ω2 (at the time of the high-speed rotation period and the top of the time waveform of the angular velocity), the laser drive unit 2 It may be driven. As shown in FIG. 3D, when the angular velocity is ω2, the amount of change in angular velocity is small, so that jitter can be suppressed.

回転駆動部5は、超音波モータであってもよい。超音波モータは、圧電素子を利用した圧電アクチュエータであり、移動命令信号S1の立ち上りおよび立ち下りに合わせて、圧電素子に与えられる電圧の極性を所定時間ごとに反転させることにより動作する。したがって、超音波モータの場合、角速度の変化の周期は、移動命令信号S1の周期の1/2となり、超音波モータは、移動命令信号S1が1パルス入力される度に、ステッピングモータの2ステップ分を最小移動ステップとして回転する。移動命令信号S1の周期は、たとえば50kHz(周期tが0.020msec)とすることができる。レーザ駆動部2は、たとえば移動命令信号S1の立ち上がりおよび立ち下りをトリガとすることで、角速度の変化に同期して駆動電流信号S2を出力してもよい。   The rotation drive unit 5 may be an ultrasonic motor. The ultrasonic motor is a piezoelectric actuator using a piezoelectric element, and operates by reversing the polarity of the voltage applied to the piezoelectric element at predetermined intervals in accordance with the rising and falling edges of the movement command signal S1. Therefore, in the case of an ultrasonic motor, the cycle of change in angular velocity is ½ of the cycle of the movement command signal S1, and the ultrasonic motor takes two steps of the stepping motor every time one pulse of the movement command signal S1 is input. Rotate minutes as the minimum moving step. The cycle of the movement command signal S1 can be set to, for example, 50 kHz (cycle t is 0.020 msec). The laser drive unit 2 may output the drive current signal S2 in synchronization with the change in angular velocity by using, for example, the rising and falling of the movement command signal S1 as a trigger.

1…半導体レーザ、2…レーザ駆動部、4…回折格子、5…回転駆動部、10…波長可変光源、30…ミラー、E…外部共振器、L1…パルス光、L2…回折光、L3…レーザ光、θ…入射角。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Laser drive part, 4 ... Diffraction grating, 5 ... Rotation drive part, 10 ... Wavelength variable light source, 30 ... Mirror, E ... External resonator, L1 ... Pulse light, L2 ... Diffracted light, L3 ... Laser light, θ ... incident angle.

Claims (3)

パルス光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザと共に外部共振器を構成する回折格子であって、前記半導体レーザから出射された前記パルス光が入射し、前記パルス光のうち入射角に応じた波長の光を前記半導体レーザに帰還させる回折格子と、
前記回折格子の角速度が周期的に変化するように前記回折格子を回転駆動して前記入射角を変化させるステップ動作型の回転駆動部と、
前記レーザ駆動部は、前記角速度の変化に同期して前記パルス光を出射するように前記半導体レーザを駆動する、波長可変光源。
A semiconductor laser that emits pulsed light; and
A laser driving section for driving the semiconductor laser;
A diffraction grating constituting an external resonator together with the semiconductor laser, wherein the pulsed light emitted from the semiconductor laser is incident, and light having a wavelength corresponding to an incident angle is fed back to the semiconductor laser. A diffraction grating,
A step operation type rotational drive unit that rotationally drives the diffraction grating to change the incident angle so that the angular velocity of the diffraction grating periodically changes;
The wavelength tunable light source, wherein the laser driving unit drives the semiconductor laser to emit the pulsed light in synchronization with the change in the angular velocity.
前記角速度は、第一角速度と前記第一角速度よりも大きい第二角速度との間で周期的に変化しており、
前記レーザ駆動部は、前記角速度が前記第一角速度のときに前記パルス光を出射するように前記半導体レーザを駆動する、請求項1に記載の波長可変光源。
The angular velocity is periodically changing between a first angular velocity and a second angular velocity greater than the first angular velocity,
The wavelength tunable light source according to claim 1, wherein the laser driving unit drives the semiconductor laser to emit the pulsed light when the angular velocity is the first angular velocity.
パルス光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザから出射された前記パルス光を反射するミラーと、
前記半導体レーザと共に外部共振器を構成する回折格子であって、前記ミラーにより反射された前記パルス光が入射し、前記パルス光のうち入射角に応じた波長の光を、前記ミラーを介して前記半導体レーザに帰還させる回折格子と、
前記ミラーの角速度が周期的に変化するように前記ミラーを回転駆動して前記入射角を変化させるステップ動作型の回転駆動部と、を備え、
前記レーザ駆動部は、前記角速度の変化に同期して前記パルス光を出射するように前記半導体レーザを駆動する、波長可変光源。
A semiconductor laser that emits pulsed light; and
A laser driving section for driving the semiconductor laser;
A mirror that reflects the pulsed light emitted from the semiconductor laser;
A diffraction grating constituting an external resonator together with the semiconductor laser, wherein the pulsed light reflected by the mirror is incident, and light having a wavelength corresponding to an incident angle among the pulsed light is transmitted through the mirror. A diffraction grating to be fed back to the semiconductor laser;
A step operation type rotational drive unit that rotationally drives the mirror to change the incident angle so that the angular velocity of the mirror periodically changes, and
The wavelength tunable light source, wherein the laser driving unit drives the semiconductor laser to emit the pulsed light in synchronization with the change in the angular velocity.
JP2016015540A 2016-01-29 2016-01-29 Tunable light source Active JP6676389B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016015540A JP6676389B2 (en) 2016-01-29 2016-01-29 Tunable light source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016015540A JP6676389B2 (en) 2016-01-29 2016-01-29 Tunable light source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017135315A true JP2017135315A (en) 2017-08-03
JP6676389B2 JP6676389B2 (en) 2020-04-08

Family

ID=59504989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016015540A Active JP6676389B2 (en) 2016-01-29 2016-01-29 Tunable light source

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6676389B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108896484A (en) * 2018-07-13 2018-11-27 北京雪迪龙科技股份有限公司 A kind of gas absorption cell and gas concentration analyzer
JP2019036577A (en) * 2017-08-10 2019-03-07 浜松ホトニクス株式会社 External resonance type laser module, analyzer, driving method for external resonance type laser module, and program
JP2020136608A (en) * 2019-02-25 2020-08-31 株式会社 東北テクノアーチ Spectrum measurement apparatus and spectrum measurement method
TWI748195B (en) * 2018-08-23 2021-12-01 日商山葉發動機股份有限公司 Straddle vehicle
KR20220058398A (en) * 2020-10-30 2022-05-09 한국전자통신연구원 two-photon excited fluorescence microscopy for diagnosis of dementia and Mild Cognitive Impairment (MCI), and pulse compressor included therein
US11921273B2 (en) 2020-10-30 2024-03-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Two-photon excited fluorescence microscope for diagnosis of Alzheimer's disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI), and pulse compressor including therein

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5984487A (en) * 1982-09-30 1984-05-16 ハネウエル・インコ−ポレ−テツド Method of tuning rapidly laser and rapid tuning laser
JPS62228122A (en) * 1986-01-24 1987-10-07 Hitachi Ltd Spectrophotometer
US4868834A (en) * 1988-09-14 1989-09-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army System for rapidly tuning a low pressure pulsed laser
JPH05136948A (en) * 1990-05-22 1993-06-01 General Scanning Inc Resonance scanner control system
JPH0964439A (en) * 1995-08-25 1997-03-07 Anritsu Corp Laser light source apparatus
JP2001267683A (en) * 2000-03-21 2001-09-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength variable laser device
JP2001284714A (en) * 2000-03-30 2001-10-12 Anritsu Corp Wavelength variable light source and optical device measuring system
JP2007027306A (en) * 2005-07-14 2007-02-01 Sun Tec Kk Variable-wavelength laser light source
JP2007526620A (en) * 2003-06-06 2007-09-13 ザ・ジェネラル・ホスピタル・コーポレイション Wavelength tuning source device and method
JP2008529068A (en) * 2005-01-24 2008-07-31 ソルラブス、 インコーポレイテッド Compact multimode laser that scans wavelength at high speed
US20080298406A1 (en) * 2005-06-15 2008-12-04 Daylight Solutions Inc. Compact external cavity mid-ir optical lasers
JP2008305997A (en) * 2007-06-07 2008-12-18 Sun Tec Kk Wavelength scanning type laser light source
JP2010023100A (en) * 2008-07-23 2010-02-04 Sumitomo Heavy Ind Ltd Laser beam machining apparatus and laser beam machining method
JP2011091209A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Sun Tec Kk Wavelength scanning type laser light source
US20120033220A1 (en) * 2010-06-11 2012-02-09 Block Engineering, Llc QCL Spectroscopy System and Applications Therefor
JP2012178436A (en) * 2011-02-25 2012-09-13 Hamamatsu Photonics Kk Wavelength variable light source
JP2013051403A (en) * 2011-07-29 2013-03-14 Fujifilm Corp Laser light source unit, control method thereof, photoacoustic image generation device, and method
JP2014042010A (en) * 2012-07-25 2014-03-06 Canon Inc Method for driving wavelength-swept light source
JP6510990B2 (en) * 2016-01-29 2019-05-08 浜松ホトニクス株式会社 Wavelength variable light source and driving method thereof

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5984487A (en) * 1982-09-30 1984-05-16 ハネウエル・インコ−ポレ−テツド Method of tuning rapidly laser and rapid tuning laser
JPS62228122A (en) * 1986-01-24 1987-10-07 Hitachi Ltd Spectrophotometer
US4868834A (en) * 1988-09-14 1989-09-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army System for rapidly tuning a low pressure pulsed laser
JPH05136948A (en) * 1990-05-22 1993-06-01 General Scanning Inc Resonance scanner control system
JPH0964439A (en) * 1995-08-25 1997-03-07 Anritsu Corp Laser light source apparatus
JP2001267683A (en) * 2000-03-21 2001-09-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength variable laser device
JP2001284714A (en) * 2000-03-30 2001-10-12 Anritsu Corp Wavelength variable light source and optical device measuring system
JP2007526620A (en) * 2003-06-06 2007-09-13 ザ・ジェネラル・ホスピタル・コーポレイション Wavelength tuning source device and method
JP2008529068A (en) * 2005-01-24 2008-07-31 ソルラブス、 インコーポレイテッド Compact multimode laser that scans wavelength at high speed
US20080298406A1 (en) * 2005-06-15 2008-12-04 Daylight Solutions Inc. Compact external cavity mid-ir optical lasers
JP2007027306A (en) * 2005-07-14 2007-02-01 Sun Tec Kk Variable-wavelength laser light source
JP2008305997A (en) * 2007-06-07 2008-12-18 Sun Tec Kk Wavelength scanning type laser light source
JP2010023100A (en) * 2008-07-23 2010-02-04 Sumitomo Heavy Ind Ltd Laser beam machining apparatus and laser beam machining method
JP2011091209A (en) * 2009-10-22 2011-05-06 Sun Tec Kk Wavelength scanning type laser light source
US20120033220A1 (en) * 2010-06-11 2012-02-09 Block Engineering, Llc QCL Spectroscopy System and Applications Therefor
JP2012178436A (en) * 2011-02-25 2012-09-13 Hamamatsu Photonics Kk Wavelength variable light source
JP2013051403A (en) * 2011-07-29 2013-03-14 Fujifilm Corp Laser light source unit, control method thereof, photoacoustic image generation device, and method
JP2014042010A (en) * 2012-07-25 2014-03-06 Canon Inc Method for driving wavelength-swept light source
JP6510990B2 (en) * 2016-01-29 2019-05-08 浜松ホトニクス株式会社 Wavelength variable light source and driving method thereof

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019036577A (en) * 2017-08-10 2019-03-07 浜松ホトニクス株式会社 External resonance type laser module, analyzer, driving method for external resonance type laser module, and program
CN108896484A (en) * 2018-07-13 2018-11-27 北京雪迪龙科技股份有限公司 A kind of gas absorption cell and gas concentration analyzer
CN108896484B (en) * 2018-07-13 2021-06-08 北京雪迪龙科技股份有限公司 Gas absorption cell and gas concentration analyzer
TWI748195B (en) * 2018-08-23 2021-12-01 日商山葉發動機股份有限公司 Straddle vehicle
JP2020136608A (en) * 2019-02-25 2020-08-31 株式会社 東北テクノアーチ Spectrum measurement apparatus and spectrum measurement method
JP7174952B2 (en) 2019-02-25 2022-11-18 株式会社 東北テクノアーチ Spectrum measuring device and spectrum measuring method
KR20220058398A (en) * 2020-10-30 2022-05-09 한국전자통신연구원 two-photon excited fluorescence microscopy for diagnosis of dementia and Mild Cognitive Impairment (MCI), and pulse compressor included therein
KR102572214B1 (en) * 2020-10-30 2023-08-30 한국전자통신연구원 two-photon excited fluorescence microscopy for diagnosis of dementia and Mild Cognitive Impairment (MCI), and pulse compressor included therein
US11921273B2 (en) 2020-10-30 2024-03-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Two-photon excited fluorescence microscope for diagnosis of Alzheimer's disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI), and pulse compressor including therein

Also Published As

Publication number Publication date
JP6676389B2 (en) 2020-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6676389B2 (en) Tunable light source
Wysocki et al. Widely tunable mode-hop free external cavity quantum cascade laser for high resolution spectroscopic applications
US7733924B2 (en) Piezo activated mode tracking system for widely tunable mode-hop-free external cavity mid-IR semiconductor lasers
US8068521B2 (en) Laser source that generates a plurality of alternative wavelength output beams
Wysocki et al. Widely tunable mode-hop free external cavity quantum cascade lasers for high resolution spectroscopy and chemical sensing
Lyakh et al. External cavity quantum cascade lasers with ultra rapid acousto-optic tuning
Tsai et al. External-cavity quantum cascade lasers with fast wavelength scanning
AU2011223628A2 (en) Method and apparatus for the photo-acoustic identification and quantification of analyte species in a gaseous or liquid medium
JP6510990B2 (en) Wavelength variable light source and driving method thereof
JPH0766482A (en) Variable wavelength light source
US10615562B2 (en) Acousto-optic tuning of lasers
Jiménez et al. Narrow-line external cavity diode laser micro-packaging in the NIR and MIR spectral range
JP6943675B2 (en) External resonance type laser module, analyzer, external resonance type laser module drive method, program
US20110058176A1 (en) Spectrometers utilizing mid infrared ultra broadband high brightness light sources
KR100809271B1 (en) Wavelength converted laser apparatus
CN106300009A (en) Length scanning ECLD
JP2011196832A (en) Laser type gas analyzer
CN102570311A (en) Tunable narrow-band UV laser generating device and generating method therefor
WO2005008211A2 (en) Method and apparatus for generating terahertz radiation
US9250130B2 (en) Quantum cascade laser with autonomously aligned external cavity and related methods
US20220131334A1 (en) An external-cavity laser device, corresponding system and method
JP2010225931A (en) Wavelength variable light source
KR101346350B1 (en) Wavelength tuning apparatus and method thereof
US20070297721A1 (en) FBG sensor system
JP2010216959A (en) Laser-type gas analyzer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180905

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190711

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200310

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200312

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6676389

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250