JP2023167615A - 光源装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回析格子から光源に戻される光の帯域幅を任意に調整すること。
【解決手段】光源装置１は、光を出力する光源１１と、制御信号の入力部を有し、該制御信号に基づいて、入射した光が反射する角度の分布を制御可能に構成された反射部（空間光変調器６０）と、光源１１から出力された光を分光して空間光変調器６０に入射させると共に、空間光変調器６０において反射された光の少なくとも一部を光源に戻す回析格子５０と、を備え、光源１１及び空間光変調器６０によって光共振器が形成されており、制御信号に基づいて空間光変調器６０において反射される光の角度の分布が制御されることにより、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、光源装置及び制御方法に関する。

特許文献１には、Littman/Metcalf型の外部共振器半導体レーザが記載されている。特許文献１の外部共振器半導体レーザでは、エンドミラーを凹面鏡に変更し、その曲率半径を凹面鏡と回析格子との間の距離と等しくすることによって、広いスペクトル（帯域幅）が得られる構成としている。

米国特許第７２４５６４２号明細書

上述したような外部共振器半導体レーザでは、凹面鏡の曲率半径が固定値とされている。このような構成では、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を任意に調整することができない。

本発明の一態様は上記実情に鑑みてなされたものであり、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を任意に調整することが可能な光源装置及び制御方法を提供する。

（１）本発明の一態様に係る光源装置は、光を出力する光源と、制御信号の入力部を有し、該制御信号に基づいて、入射した光が反射する角度の分布を制御可能に構成された反射部と、光源から出力された光を分光して反射部に入射させると共に、反射部において反射された光の少なくとも一部を光源に戻す回析格子と、を備え、光源及び反射部によって光共振器が形成されており、光源に戻された光が出力され、制御信号に基づいて反射部において反射される光の角度の分布が制御されることにより、回析格子から光源に戻される光の帯域幅が制御される。

本発明の一態様に係る光源装置では、光源から出力された光が回析格子において分光されて反射部に入射する。そして、反射部において反射された光の少なくとも一部が、回析格子から光源に戻される。このような光源装置において、反射部が、制御信号に基づき光が反射する角度の分布を制御可能に構成されており、当該角度の分布の制御によって回析格子から光源に戻される光の帯域幅が制御されている。このような構成によれば、制御信号を変化させることにより、反射部における光が反射する角度の分布が変化し、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を変化させることができる。すなわち、本発明の一態様に係る光源装置によれば、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を任意に調整することができる。

（２）上記（１）記載の光源装置において、反射部は、空間光変調器を含んで構成されており、空間光変調器は、制御信号に基づく変調パターンを表示することにより、入射した光が反射する角度の分布を制御してもよい。このように、反射部として空間光変調器が用いられることにより、容易且つ高精度に、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を調整することができる。

（３）上記（１）記載の光源装置において、反射部は、可変曲率ミラーを含んで構成されており、可変曲率ミラーは、制御信号に基づいて曲率半径を変化させることにより、入射した光が反射する角度の分布を制御してもよい。このように、可変曲率ミラーを用いて曲率半径を変化させることにより、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を適切に調整することができる。また、可変曲率ミラーでは、例えば空間光変調器のような変調パターンによって反射角度の分布を制御する場合と比較して、偏光や変調されなかった光の影響を考慮する必要がないので、容易に光の帯域幅を調整することができる。

（４）上記（１）記載の光源装置において、反射部は、ミラーと、回析格子及びミラーの間に設けられた可変焦点レンズと、を含んで構成されており、可変焦点レンズは、制御信号に基づいて可変焦点レンズの焦点距離を変化させることにより、入射した光が反射する角度の分布を制御してもよい。このように、可変焦点レンズを用いて可変焦点レンズの焦点距離を変化させることにより、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を適切に調整することができる。また、このような構成では、例えば空間光変調器のような変調パターンによって反射角度の分布を制御する場合と比較して、偏光や変調されなかった光の影響を考慮する必要がない（液晶等の、偏光に敏感な素子を用いた場合を除き、考慮する必要がない）ので、容易に光の帯域幅を調整することができる。

（５）上記（１）～（４）記載の光源装置において、光源は、注入電流に応じた光を出力し、注入電流及び制御信号を時間的に変化させることにより、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を動的に制御してもよい。このような構成によれば、利用シーンに応じて、より柔軟に光の帯域幅を調整することができる。

（６）上記（１）～（５）記載の光源装置において、反射部の反射面に係る曲率中心と、回析格子に入射する光のビーム中心とが一致するように、反射部及び回析格子が配置されていてもよい。このような構成によれば、反射部の反射面における反射前後の光の経路が同一になりやすくなり、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を広くすることができる。

（７）上記（１）～（６）記載の光源装置は、光源装置から出力される光の計測結果に基づいて、第２の制御信号を生成する制御信号生成部を更に備えていてもよい。このように、回析格子から光源に戻された光が計測されて、計測結果がフィードバックされて、新たな制御信号（第２の制御信号）が生成されることにより、実際の計測結果を考慮して、光の帯域幅をより所望の値に調整しやすくすることができる。

（８）本発明の一態様に係る制御方法は、光源から回析格子に向けて光を出力することと、回析格子において分光された光が入射する反射部に対して、該反射部において反射される光の角度の分布を制御する制御信号を入力することと、を含む。このような制御方法によれば、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を任意に調整することができる。

本発明の一態様によれば、回析格子から光源に戻される光の帯域幅を任意に調整することができる。

第１実施形態に係る光源装置を模式的に示した図である。 空間光変調器に表示される変調パターンの一例を示す図である。 光源装置の第１の動作例を説明する図である。 光源装置の第２の動作例を説明する図である。 光源装置の第３の動作例を説明する図である。 光源装置の第４の動作例を説明する図である。 第２実施形態に係る光源装置を模式的に示した図である。 第４実施形態に係る光源装置を模式的に示した図である。 第５実施形態に係る光源装置を模式的に示した図である。 第６実施形態に係る光源装置を模式的に示した図である。 図１０に示される光源装置を用いた干渉計測を説明する図である。 図１０に示される光源装置を用いた干渉計測のフローチャートである。 第７実施形態に係る光源装置を用いた干渉計測を説明する図である。

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。

図１は、第１実施形態に係る光源装置１を模式的に示した図である。光源装置１は、外部共振型レーザ（ＥＣＬ：External Cavity Laser）である。光源装置１は、例えばリットマン型の外部共振型レーザであり、回析格子の１次光をミラーで反射させて半導体レーザ内に戻す構成とされている。

図１に示されるように、光源装置１は、光源ユニット１０と、電流コントローラ２０と、温度コントローラ３０と、レンズ４０と、回析格子５０と、空間光変調器６０（反射部）と、駆動回路７０と、ＰＣ８０と、を備えている。

光源ユニット１０は、光源１１と、ＬＤマウント１２と、を含んで構成されている。光源１１は、例えば８５０ｎｍを中心波長とする自然放出スペクトルを持つ光を出力する半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode)である。光源１１は、例えばFabry-Perot型の半導体レーザであってもよい。光源１１の外部共振器に結合している側（光出力方向側）の端面は、反射防止コーティングがされていてもよい。光源１１は、ＬＤマウント１２にマウントされている。ＬＤマウント１２は、ＴＥＣ（Thermo-Electric Cooler）付きのマウントであってもよい。光源装置１においては、光源１１及び空間光変調器６０（後述）によって光共振器が形成されている。光源装置１では、外部共振器を経て光源１１に戻された光が出力される。

電流コントローラ２０は、ＬＤマウント１２を介して光源１１に電流を供給し、光源１１に光を出力させる構成である。すなわち、光源１１は、電流コントローラ２０から供給される電流（注入電流）に応じた光を出力する。光源１１は、供給（注入）される電流値に応じて、レーザ発振を起こすか、または、発振閾値以下で動作する。

温度コントローラ３０は、ＬＤマウント１２に備え付けられているＴＥＣに電流を供給することによりＴＥＣの吸熱（又は放熱）を制御し、ＴＥＣを介して光源１１の温度を一定に保つ構成である。

レンズ４０は、光源１１から出力された光が回析格子５０及び空間光変調器６０を経て（外部共振器内を１周して）戻ってきた際に、該光を光源１１に効率良く結合させるレンズ（例えばコリメートレンズ）である。光源１１から放出された光は大きく広がっていくところ、レンズ４０によって光のビーム径及び発散角が調整される。なお、レンズ４０を透過した後の光は平行光であってもよいし、平行光でなくてもよい。レンズ４０の位置は、空間光変調器６０に表示する変調パターン（位相パターン）の焦点距離に依らずに、高い光出力が得られる位置に固定されていてもよい。

回析格子５０は、光源１１から出力された、種々の波長が混在した光を分光して空間光変調器６０に入射させると共に、空間光変調器６０において反射された光の少なくとも一部を光源１１に戻す構成である。回析格子５０では、波長毎に光が分けられ、１次光が空間光変調器６０に向かうと共に、０次光が出力光として取り出される。

空間光変調器６０は、制御信号（後述）に基づく変調パターンを表示することにより、入射した光が反射する角度の分布を制御する。空間光変調器６０は、例えば、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。変調パターン（位相パターン）は、ＰＣ８０において生成され、ＰＣ８０から駆動回路７０に入力され、駆動回路７０からの制御信号に基づいて空間光変調器６０に表示される。このように、駆動回路７０から空間光変調器６０に入力される制御信号は、変調パターンの表示に係る信号である。

空間光変調器６０は、変調パターンとして、例えばレンズパターンを表示する。レンズパターンとして例えばフレネルレンズパターンを用いてもよい。以下、本実施形態では、レンズパターンがフレネルレンズパターンであるとして説明するが、レンズパターンは非球面レンズパターン等であってもよい。フレネルレンズパターンの曲率半径は、焦点距離を２倍した値となる。曲率半径は、凹面ミラーの場合に正の値、凸面ミラーの場合に負の値となる。焦点距離は、凸レンズの場合に正の値、凹レンズの場合に負の値となる。空間光変調器６０では、変調パターンであるフレネルレンズパターンの焦点距離が変化させられることにより、フレネルレンズパターンの曲率半径が変化し、空間光変調器６０において反射される光の角度の分布が変化する。空間光変調器６０において反射される光の角度の分布が変化すると、空間光変調器６０における反射前後の光の経路の一致度が変化する。空間光変調器６０では、フレネルレンズパターンの曲率半径と、空間光変調器６０-回析格子５０間の距離との一致度が高いほど、空間光変調器６０における反射前後の光の経路が一致する波長帯域（光源１１への結合効率が高い波長帯域）が広くなる。このように空間光変調器６０では、制御信号に基づいて反射される光の角度の分布が制御されることにより、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を制御することができる。すなわち、空間光変調器６０では、フレネルレンズパターンの焦点距離を変化させることにより、光スペクトルの広がりを制御することができる。このように、空間光変調器６０は、光学部品の移動やアライメントを伴うことなく、光スペクトルの広がりを制御することができる。なお、光源１１に戻される光の帯域幅は、例えば、光源１１への結合効率の波長依存性と、光源１１の発光スペクトルと、などから定まる。

空間光変調器６０は反射型液晶の空間光変調器であった場合、空間光変調器６０による位相変調は、偏光の影響を強く受ける。空間光変調器６０は、位相変調できる偏光方向が図１中のｘ方向或いはｙ方向（すなわち、空間光変調器６０における反射面６０ａと平行な方向）になるように配置される。空間光変調器６０は、反射面６０ａと回析格子５０における反射面とが平行になるように配置されていてもよいし、平行にならないように配置されていてもよい。空間光変調器６０における位相変調できる偏光方向は、例えば、光源１１から出力される光の直線偏光方向と一致させられる。また、空間光変調器６０では、変調パターンの中心から延びる法線が、回析格子５０上の光のビーム中心を通過するように、光学系の調整または変調パターン位置の調整が行われてもよい。空間光変調器６０及び回析格子５０は、空間光変調器６０の反射面６０ａに係る曲率中心と、回析格子５０に入射する光のビーム中心とが一致するように配置されていてもよい。より詳細には、空間光変調器６０及び回析格子５０は、空間光変調器６０の反射面６０ａに係る曲率半径を変化させる場合の曲率中心の軌跡と、回析格子５０に入射する光のビーム中心とが交わるように配置されていてもよい。なお、空間光変調器６０の反射面６０ａに係る曲率中心とは、空間光変調器６０に表示された変調パターンの曲率中心である。

空間光変調器６０は、必要に応じて、変調パターンに所定の面形状補正パターンを重畳させて表示してもよい。ここでの面形状補正パターンとは、空間光変調器６０の反射面６０ａにおける形状を補正するパターンである。空間光変調器６０は、光学系で発生した収差を補正するパターンをさらに重畳して表示してもよい。また、空間光変調器６０は、ｘ方向とｙ方向とで焦点距離の異なる変調パターン（フレネルレンズパターン）を表示してもよい。この場合、例えばｙ方向の焦点距離を最適化することにより、光源１１に戻る光の結合効率を上げることができる。なお、空間光変調器６０では、ｘ方向の焦点距離だけを変化させて、上述した光の帯域幅の制御（光スペクトルの広がり制御）が行われてもよい。

空間光変調器６０では、変調されない光が０次光として現れてしまうという問題がある。このような問題に対する対策として、図２に示されるように、空間光変調器６０に表示される変調パターンとして、フレネルレンズパターンにブレーズド回析格子パターンを重畳させたパターンを用いてもよい。図２では、ブレーズド回析格子パターン５０１と、フレネルレンズパターンにブレーズド回析格子パターンを重畳させたパターン５０２とが示されている。この場合、フレネルレンズパターンにブレーズド回析格子パターンを重畳させたパターン５０２によって回析された１次光が光源１１に戻される光とされてもよい。

次に、光源装置１の動作例として、第１～第６の動作例を説明する。

図３は、光源装置１の第１の動作例を説明する図である。図３（ａ）に示されるように、第１の動作例では、空間光変調器６０において、フレネルレンズパターンの曲率半径が∞（平面ミラー）となる変調パターンが表示される。この場合には、図３（ａ）に示されるような均一画像の変調パターン５０３が表示される。図３（ｂ）は、フレネルレンズパターンの曲率半径が∞とされた場合の、光源装置１の出力光の帯域を示すシミュレーション結果である。図３（ｂ）に示されるように、フレネルレンズパターンの曲率半径が∞とされた場合には、空間光変調器６０における反射前後の光の経路が一致する波長帯域（光源１１への結合効率が高い波長帯域）が狭くなり、図３（ｂ）の例では、光源装置１から出力される光の帯域幅が５００ｋＨｚ程度となっている。なお、発振スペクトルの広がりは、光源１１の利得周波数特性、レーザ発振の非線形な振る舞い、及び光源１１に戻される光の帯域幅等により定まる。

図４は、光源装置１の第２の動作例を説明する図である。図４（ａ）に示される第２の動作例では、空間光変調器６０において、フレネルレンズパターンの曲率半径が、空間光変調器６０-回析格子５０間の距離と同一となる変調パターンが表示される。この場合には、図４（ａ）に示されるような、例えば焦点距離が４５ｍｍとされた凸レンズの変調パターン５０４が表示される。空間光変調器６０では、光が当たる領域でのみ位相変調が行われればよいので、図４（ａ）に示される変調パターン５０４では限定された領域（図中の中央領域）にのみフレネルレンズパターンが表示されている。フレネルレンズパターンの曲率半径が、空間光変調器６０-回析格子５０間の距離と同一とされた場合、曲率中心から光ビームが広がるので、空間光変調器６０での反射によって全ての波長成分が元の経路と同じ経路に返っていくこととなる。つまり、回析格子５０での回析角の波長依存性が、空間光変調器６０によってキャンセルされる。図４（ｂ）は、フレネルレンズパターンの曲率半径が空間光変調器６０-回析格子５０間の距離と同一とされた場合の、光源装置１の出力光の帯域を示すシミュレーション結果である。図４（ｂ）に示されるように、フレネルレンズパターンの曲率半径が、空間光変調器６０-回析格子５０間の距離と同一とされた場合には、光源１１に戻される光の帯域幅が極めて広くなっている。

図５は、光源装置１の第３の動作例を説明する図である。図５（ａ）に示される第３の動作例では、空間光変調器６０において、フレネルレンズパターンの曲率半径が、空間光変調器６０-回析格子５０間の距離よりも大きい変調パターンが表示される。この場合には、図５（ａ）に示されるような、例えば焦点距離が５５ｍｍとされた凸レンズの変調パターン５０５が表示される。図５（ｂ）は、フレネルレンズパターンの曲率半径が、空間光変調器６０-回析格子５０間の距離よりも大きくされた場合の、光源装置１の出力光の帯域を示すシミュレーション結果である。図５（ｂ）に示されるように、フレネルレンズパターンの曲率半径が、空間光変調器６０-回析格子５０間の距離よりも大きくされた場合には、光源１１に戻される光の帯域幅は、第１の動作例よりも広く、且つ、第２の動作例よりも狭くなっている。すなわち、第１の動作例と第２の動作例との中間のスペクトルの広がりが得られている。

図６は、光源装置１の第４の動作例を説明する図である。図６（ａ）に示される第４の動作例では、空間光変調器６０において、凸状の曲面ミラー（凸面ミラー）の変調パターンが表示される。この場合には、図６（ａ）に示されるような、例えば焦点距離が４５ｍｍとされた凹レンズの変調パターン５０６が表示される。このような変調パターンが表示される場合、凸面ミラーによって、回析格子による波長毎の回析角の違いが増大されるため、光源１１に真っ直ぐ戻ることのできる波長帯が絞られ、第１の動作例のように曲率半径が∞とされる場合よりも、さらに狭い帯域幅を実現することができる。なお、凸面ミラーの曲率半径の絶対値が小さいほど、結合効率の波長依存性の幅が小さくなる。なお、各波長のビーム径が反射面において十分に小さい場合（数画素程度である場合）、中心波長に対応する列（ｙ方向の画素の連なり）以外に回析格子パターンを表示して０次光の強度を落とすことにより、光の帯域をさらに狭めることができる。回析格子パターンの向きは、例えばｙ方向に光を回析させる向きとされる。中心波長に対応する列は、複数列であってもよい。

光源装置１の第５の動作例について説明する。第５の動作例では、電流コントローラ２０から光源１１に供給される注入電流が、閾値電流以下とされる。この場合、光源１１は、レーザ発振を起こさず、自然放射増幅光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）の領域で動作する。なお、ＡＳＥが無偏光であることから、光源１１及び空間光変調器６０によって形成されている光共振器内には直線偏光板が設けられてもよい。

光源装置１の第６の動作例について説明する。第６の動作例では、電流コントローラ２０によって光源１１に供給される注入電流、及び、駆動回路７０によって空間光変調器６０に供給される制御信号をそれぞれ時間的に変化させることにより、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅（光スペクトルの広がり）を動的に制御する。制御信号を時間的に変化させるとは、例えば、上述した第１の動作例～第４の動作例における変調パターン等を動的且つ連続的に切り替える場合等に相当する。

次に、第１実施形態に係る光源装置１の作用効果について説明する。

光源装置１は、光を出力する光源１１と、制御信号の入力部を有し、該制御信号に基づいて、入射した光が反射する角度の分布を制御可能に構成された反射部（空間光変調器６０）と、光源１１から出力された光を分光して空間光変調器６０に入射させると共に、空間光変調器６０において反射された光の少なくとも一部を光源に戻す回析格子５０と、を備え、光源１１及び空間光変調器６０によって光共振器が形成されており、光源１１に戻された光が出力され、制御信号に基づいて空間光変調器６０において反射される光の角度の分布が制御されることにより、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅が制御される。

本実施形態に係る光源装置１では、光源１１から出力された光が回析格子５０において分光されて空間光変調器６０に入射する。そして、空間光変調器６０において反射された光の少なくとも一部が、回析格子５０から光源１１に戻される。このような光源装置１において、空間光変調器６０が、制御信号に基づき光が反射する角度の分布を制御可能に構成されており、当該角度の分布の制御によって回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅が制御されている。このような構成によれば、制御信号を変化させることにより、空間光変調器６０における光が反射する角度の分布が変化し、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を変化させることができる。すなわち、本実施形態に係る光源装置１によれば、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を任意に調整することができる。

空間光変調器６０は、制御信号に基づく変調パターンを表示することにより、入射した光が反射する角度の分布を制御してもよい。このように、反射部として空間光変調器６０が用いられることにより、容易且つ高精度に、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を調整することができる。

光源１１は、注入電流に応じた光を出力し、注入電流及び制御信号を時間的に変化させることにより、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を動的に制御してもよい。このような構成によれば、利用シーンに応じて、より柔軟に光の帯域幅を調整することができる。

ここでの利用シーンとしては、例えば、光通信の分野において、コヒーレント通信システムや光学部品の性能が、光の帯域幅に応じてどのように変化するか、光の帯域幅が動的に変化したときにどのような影響が出るか、等を評価する場合が考えられる。或いは、利用シーンとしては、コヒーレント光を用いたイメージングにおいて、スペックルノイズを軽減するように時間コヒーレントを減少させるために用いる場合が考えられる。なお、利用シーンは上記に限定されない。

空間光変調器６０の反射面６０ａに係る曲率中心と、回析格子５０に入射する光のビーム中心とが一致するように、空間光変調器６０及び回析格子５０が配置されていてもよい。このような構成によれば、空間光変調器６０の反射面６０ａにおける反射前後の光の経路が同一になりやすくなり、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を広くすることができる。

次に、第２実施形態に係る光源装置１Ａについて、図７を参照して説明する。図７は、第２実施形態に係る光源装置１Ａを模式的に示した図である。なお、以下の説明では、第１実施形態に係る光源装置１とは異なる構成を主に説明し、互いに共通する構成の説明を省略する（後述する、第３～第７実施形態においても同様）。

図７に示される光源装置１Ａは、反射部として、反射面が画素として構造的に分離しているSegmenteddeformable mirrorを用いた位相型ＳＬＭ１６０を有している。このような位相型ＳＬＭ１６０では、画素の反射部分が並進して光路長が変化することを利用しているため、位相変調に関して偏光の影響を受けにくい。位相型ＳＬＭ１６０を用いる場合においても、駆動回路１７０からの制御信号に基づき、入射した光が反射する角度の分布を制御する点、それによって回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を制御する点においては、上述した光源装置１と同様である。

次に、第３実施形態に係る光源装置について説明する。第３実施形態に係る光源装置は、反射部として、１つの連続した膜でつながっている反射面有している。このような反射部は、例えばcontinuous deformable mirrorを含んで構成されていてもよい。continuousdeformable mirrorは、反射面の背後にあるアクチュエータアレイによって反射面を変形させることにより、空間的な位相変調を行う。このような位相型ＳＬＭのアクチュエータアレイの配置は、例えば正方形アレイまたは六角形アレイであってもよい。このような位相型ＳＬＭでは、位相変調に関して偏光の影響を受けにくく、また、画素構造のある空間光変調器で見られるような変調されない光の発生が抑制される。なお、反射面が連続した膜で互いにつながっている構造であるため、位相が折り返すパターンは表示できないことから、変調パターンとして、位相折り返しの無いレンズパターンが用いられてもよい。所望のパターンを表示するに際しては、制御行列（又は影響関数行列）を決定する必要がある。

反射部として、continuous deformable mirrorを用いた位相型ＳＬＭが用いられる場合、該位相型ＳＬＭのアクチュエータアレイのレイアウトは、例えば放射状であってもよい。このような位相型ＳＬＭでは、位相変調に関して偏光の影響を受けにくく、また、画素構造のある空間光変調器で見られるような変調されない光の発生が抑制される。この場合の変調パターンでは、パターン中心とデバイス中心とが同じになる。変調パターンを、例えば可変曲率ミラーとして動作させる場合には、位相折り返しのないレンズパターンを表示させてもよい。所望のパターンを表示するに際しては、制御行列（又は影響関数行列）を決定する必要がある。

次に、第４実施形態に係る光源装置１Ｂについて、図８を参照して説明する。図８は、第４実施形態に係る光源装置１Ｂを模式的に示した図である。図８に示されるように、光源装置１は、反射部として、可変曲率ミラー（ＶＣＭ：Variable Curvature Mirror）２６０を有している。可変曲率ミラー２６０は、駆動回路２７０からの制御信号に基づいて反射面における曲率半径を物理的に変化させることにより、入射した光が反射する角度の分布を制御する。可変曲率ミラー２６０は、凹面ミラー及び凸面ミラーの両方に変異可能とされている。可変曲率ミラー２６０としては、例えば、ミラー背後の流体の圧力を変化させるもの、ミラー背後のアクチュエータを動作させるもの、熱膨張を利用するもの、静電力を利用するもの等の態様が考えられる。このような可変曲率ミラー２６０では、偏光の影響を受けにくく、また、画素構造のある空間光変調器で見られるような変調されない光の発生が抑制される。

このように、可変曲率ミラー２６０を用いて曲率半径を変化させることにより、回析格子５０から光源に戻される光の帯域幅を適切に調整することができる。また、可変曲率ミラー２６０では、例えば空間光変調器のような変調パターンによって反射角度の分布を制御する場合と比較して、偏光や変調されなかった光の影響を考慮する必要がないので、容易に光の帯域幅を調整することができる。

次に、第５実施形態に係る光源装置１Ｃについて、図９を参照して説明する。図９は、第５実施形態に係る光源装置１Ｃを模式的に示した図である。図９に示されるように、光源装置１Ｃは、反射部として、可変焦点レンズ３６１と、平面ミラー３６２（ミラー）と、を有している。可変焦点レンズ３６１は、駆動回路３７０からの制御信号に基づいて可変焦点レンズ３６１の焦点距離を変化させることにより、入射した光が反射する角度の分布を制御する。可変焦点レンズ３６１は、回析格子５０及び平面ミラー３６２の間に設けられており、平面ミラー３６２に極力近接するように設けられていてもよい。

このような構成では、回析格子５０において分光された光が可変焦点レンズ３６１を経て平面ミラー３６２に入射し、平面ミラー３６２において反射された光が可変焦点レンズ３６１及び回析格子５０を経て光源１１に戻される。光源１１に戻される光が、可変焦点レンズ３６１を２回通過するため、合成焦点距離及び主平面が求められることにより、焦点距離と動作モード（光が反射する角度の分布の制御）とが対応付けられる。また、このような構成は、凹面ミラー及び凸面ミラーの両方に対応可能とされている。可変焦点レンズ３６１としては、例えば、液体を封止した物の形状を変えるもの、液体界面の変形を利用するもの、電気光学効果を利用するもの、液晶を利用するもの等の態様が考えられる。このような構成では、位相変調に関して偏光の影響を受けにくく、また、変調されなかった光の影響についても受けにくい。ただし、液晶等の偏光に敏感な素子を用いる場合には、偏光及び変調されなかった光の影響を考慮する必要がある。

このように、可変焦点レンズ３６１を用いて可変焦点レンズ３６１の焦点距離を変化させることにより、回析格子５０から光源１１に戻される光の帯域幅を適切に調整することができる。また、このような構成では、例えば空間光変調器のような変調パターンによって反射角度の分布を制御する場合と比較して、偏光や変調されなかった光の影響を考慮する必要がない（液晶等の、偏光に敏感な素子を用いた場合を除き、考慮する必要がない）ので、容易に光の帯域幅を調整することができる。

次に、第６実施形態に係る光源装置１Ｄについて、図１０を参照して説明する。図１０は、第６実施形態に係る光源装置１Ｄを模式的に示した図である。図１０に示される光源装置１Ｄは、第１実施形態に係る光源装置１の構成に加えて、対物レンズ９０と、光ファイバ１００と、分光器（例えば光スペクトラムアナライザ）１１０と、を備えている。追加されているこれらの構成は、光源１１における外部共振器に結合していない端面からの光をモニタするための構成である。

すなわち、光源装置１Ｄでは、例えば、外部共振器に結合していない端面からの光が対物レンズ９０によって光ファイバ１００に結合される。そして、光ファイバ１００を介して、当該光が、光スペクトラムアナライザ１１０に入力される。光スペクトラムアナライザ１１０は、入力された光のスペクトルを測定し、測定結果をＰＣ８０に出力する。そして、ＰＣ８０は、光スペクトラムアナライザ１１０における測定結果をフィードバックした変調パターンを生成し、駆動回路７０に出力する。測定結果をフィードバックした変調パターンは、駆動回路７０からの制御信号に基づいて空間光変調器６０に表示される。このように、光源装置１Ｄでは、元の制御信号（第１の制御信号）に基づき帯域幅が制御された、回析格子５０から光源１１に戻される光の計測結果に基づいて、測定結果がフィードバックされた新たな制御信号（第２の制御信号）が生成される。この場合、光スペクトラムアナライザ１１０、ＰＣ８０、及び駆動回路７０が、制御信号生成部に相当する構成である。

このように、回析格子５０から光源１１に戻された光が計測されて、計測結果がフィードバックされて、新たな制御信号（第２の制御信号）が生成されることにより、実際の計測結果を考慮して、光の帯域幅をより所望の値に調整しやすくすることができる。

図１１は、図１０に示される光源装置１Ｄを用いた干渉計測の一例を説明する図である。本干渉計測では、光源装置１Ｄの光源１１から出力される光を利用して干渉計測が行われる。図１１に示される測定対象物６０６は、本干渉計測における測定対象（サンプル）である。図１１に示されるＣＭＯＳカメラ６０９は、本干渉計測における検出器である。図１１に示される対物レンズ６０１、ピンホール６０２、レンズ６０３、ビームスプリッタ６０４、参照ミラー６０５、レンズ６０７、及びレンズ６０８は、本干渉計測における干渉計である。ＰＣ６１０は、ＣＭＯＳカメラ６０９で取得した画像に基づき所定の処理を行う。

光源１１から出力された光は、対物レンズ６０１及びピンホール６０２を経て、レンズ６０３に至る。対物レンズ６０１及びピンホール６０２は、空間フィルタとして機能している。レンズ６０３によって光が平行光とされる。レンズ６０３によって平行光とされた光がビームスプリッタ６０４に到達し、そのまま透過し測定対象物６０６に至る光と、反射し参照ミラー６０５に至る光とに分割される。測定対象物６０６において反射した光は、ビームスプリッタ６０４において反射されて、４ｆ系を構成するレンズ６０７及びレンズ６０８を透過してＣＭＯＳカメラ６０９に検出される。また、参照ミラー６０５からの光は、ビームスプリッタ６０４を透過し、レンズ６０７及びレンズ６０８を透過してＣＭＯＳカメラ６０９に検出される。

上記干渉計において、レンズ６０７から参照ミラー６０５までの光路長と、レンズ６０７から測定対象物６０６までの光路長とは、いずれもレンズ６０７の焦点距離に一致している。また、レンズ６０８からＣＭＯＳカメラ６０９までの光路長は、レンズ６０８の焦点距離に一致している。

図１０に示される光源装置１Ｄを用いた干渉計測の処理について、図１２を参照して説明する。図１２は、図１１に示される光源装置１Ｄを用いた干渉計測のフローチャートである。

図１２に示されるように、最初に、前処理が実施される（ステップＳ１）。前処理では、温度コントローラ３０によって、ＬＤマウント１２に備え付けられているＴＥＣの温度制御が開始される。また、空間光変調器６０に面形状補正パターンのみが表示される。また、空間光変調器６０の変調パターンであるフレネルレンズパターンの曲率半径の逆数が０に設定される。このように、曲率半径の逆数がパラメータとされることにより、曲率半径が正である場合（凹面ミラーである場合）及び負である場合（凸面ミラーである場合）のいずれの場合であっても取り扱いが容易になると共に、曲率半径：∞の取り扱いを無くすことができる。また、光スペクトルの広がり（帯域幅）の目標値が設定される。

つづいて、電流コントローラ２０によって、発振閾値以上の電流が光源１１に注入され、光源１１にレーザ発振を起こさせる（ステップＳ２）。つづいて、面形状補正パターンと、設定した曲率半径のフレネルレンズパターンとが重畳された変調パターン（位相パターン）が、空間光変調器６０に表示される（ステップＳ３）。

つづいて、光スペクトラムアナライザ１１０によって、光源１１に戻される光（出力光）のスペクトルが測定される（ステップＳ４）。そして、光スペクトルの広がり（帯域幅）が所望の値に近いか否かが判定される（ステップＳ５）。

ステップＳ５において、光スペクトルの広がりが所望の値に近いと判定された場合には、例えばＰＣ６１０において、ＣＭＯＳカメラ６０９で取得した画像から、測定対象物６０６の表面形状が算出される（ステップＳ６）。

ステップＳ５において、光スペクトルの広がりが所望の値に近くないと判定された場合には、光スペクトルの広がりが所望の値よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ７）。

ステップＳ７において、光スペクトルの広がりが所望の値よりも大きいと判定された場合には、曲率半径の逆数が下限に達しているか否かが判定される（ステップＳ８）。曲率半径の逆数の下限とは、例えば、（－１／空間光変調器６０と回析格子５０との間の距離）とされてもよい。ステップＳ８において下限に達していると判定された場合には、ステップＳ６の処理が実施される。ステップＳ８において、曲率半径の逆数が下限に達していないと判定された場合には、曲率半径の逆数が減少させられ（ステップＳ９）、再度、ステップＳ３の処理から実施される。

ステップＳ７において、光スペクトルの広がりが所望の値よりも大きくないと判定された場合には、曲率半径の逆数が上限に達しているか否かが判定される（ステップＳ１０）。曲率半径の逆数の上限とは、例えば、（＋１／空間光変調器６０と回析格子５０との間の距離）とされてもよい。

ステップＳ１０において上限に達していると判定された場合には、注入電流が閾値電流以上であるか否かが判定される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、注入電流が閾値電流以上であると判定された場合には、注入電流が閾値電流以下に設定されると共に、曲率半径の逆数が０に設定され（ステップＳ１２）、再度、ステップＳ３の処理から実施される。ステップＳ１１において、注入電流が閾値電流以上でないと判定された場合には、ステップＳ６の処理が実施される。

ステップＳ１０において上限に達していないと判定された場合には、曲率半径の逆数が増加させられ（ステップＳ１３）、再度、ステップＳ３の処理から実施される。

次に、第７実施形態に係る光源装置１Ｅについて、図１３を参照して説明する。図１３は、第７実施形態に係る光源装置１Ｅを用いた干渉計測を説明する図である。光源装置１Ｅを用いることにより、上述した第６実施形態に係る光源装置１Ｄと同様に干渉計測を行うことができる。ここで、光源装置１Ｅは、干渉計測に用いる出力光側で光スペクトルを測定する（モニタする）点で、上記光源装置１Ｄと異なっている。

すなわち、光源装置１Ｅは、光スペクトルを測定するための構成として、ビームスプリッタ７５０と、対物レンズ７６０と、光ファイバ７７０と、分光器（例えば光スペクトラムアナライザ）１２０と、を備えている。ビームスプリッタ７５０は、回析格子５０と対物レンズ６０１との間に設けられている。回析格子５０からの出力光は、ビームスプリッタ７５０に到達し、そのまま透過し対物レンズ６０１に至る光と、反射し対物レンズ７６０に至る光とに分割される。ビームスプリッタ７５０において反射した光は、対物レンズ７６０によって光ファイバ７７０に結合される。そして、光ファイバ７７０を介して、当該光が、光スペクトラムアナライザ１２０に入力される。光スペクトラムアナライザ１２０は、入力された光のスペクトルを測定し、測定結果をＰＣ７１０に出力する。そして、ＰＣ７１０は、光スペクトラムアナライザ１２０における測定結果をフィードバックした変調パターンを生成し、駆動回路７０に出力する。測定結果をフィードバックした変調パターンは、駆動回路７０からの制御信号に基づいて空間光変調器６０に表示される。このように、干渉計測に用いる出力光側で光スペクトルを測定することによっても、第６実施形態と同様に制御信号のフィードバック制御を実施することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…光源装置、１１…光源、５０…回析格子、６０…空間光変調器（反射部）、６０ａ…反射面、２６０…可変曲率ミラー、３６１…可変焦点レンズ、３６２…平面ミラー（ミラー）。

Claims (8)

1. 光を出力する光源と、
   制御信号の入力部を有し、該制御信号に基づいて、入射した光が反射する角度の分布を制御可能に構成された反射部と、
   前記光源から出力された光を分光して前記反射部に入射させると共に、前記反射部において反射された光の少なくとも一部を前記光源に戻す回析格子と、を備え、
   前記光源及び前記反射部によって光共振器が形成されており、前記光源に戻された光が出力され、
   前記制御信号に基づいて前記反射部において反射される光の角度の分布が制御されることにより、前記回析格子から前記光源に戻される光の帯域幅が制御される、光源装置。
2. 前記反射部は、空間光変調器を含んで構成されており、
   前記空間光変調器は、前記制御信号に基づく変調パターンを表示することにより、前記入射した光が反射する角度の分布を制御する、請求項１記載の光源装置。
3. 前記反射部は、可変曲率ミラーを含んで構成されており、
   前記可変曲率ミラーは、前記制御信号に基づいて曲率半径を変化させることにより、前記入射した光が反射する角度の分布を制御する、請求項１記載の光源装置。
4. 前記反射部は、ミラーと、前記回析格子及び前記ミラーの間に設けられた可変焦点レンズと、を含んで構成されており、
   前記可変焦点レンズは、前記制御信号に基づいて前記可変焦点レンズの焦点距離を変化させることにより、前記入射した光が反射する角度の分布を制御する、請求項１記載の光源装置。
5. 前記光源は、注入電流に応じた光を出力し、
   前記注入電流及び前記制御信号を時間的に変化させることにより、前記回析格子から前記光源に戻される光の帯域幅を動的に制御する、請求項１～４のいずれか一項記載の光源装置。
6. 前記反射部の反射面に係る曲率中心と、前記回析格子に入射する光のビーム中心とが一致するように、前記反射部及び前記回析格子が配置されている、請求項１～４のいずれか一項記載の光源装置。
7. 光源装置から出力される光の計測結果に基づいて、第２の前記制御信号を生成する制御信号生成部を更に備える、請求項１～４のいずれか一項記載の光源装置。
8. 光源から回析格子に向けて光を出力することと、
   前記回析格子において分光された光が入射する反射部に対して、該反射部において反射される光の角度の分布を制御する制御信号を入力することと、を含む光源装置の制御方法。

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