CN116209926A - 光学套件和光学装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于构成包含输出激光的激光源的外部谐振器的光学系统的光学套件，包括：包含主面的基座；设置在上述主面，用于保持上述激光源的光源保持部；和设置在上述主面，用于保持上述光学系统的保持部，上述保持部具有用于保持角反射器的反射器保持部、用于保持第1开口构件的第1开口构件保持部和用于保持第2开口构件的第2开口构件保持部，第1开口构件保持部位于与由上述光源保持部保持的上述激光源的上述激光的出射面相比更靠近上述反射器保持部侧的位置。

Description

光学套件和光学装置
技术领域
本发明涉及光学套件和光学装置。
背景技术
在非专利文献1中，记载有外腔量子级联激光系统。该激光系统包括量子级联激光、对来自量子级联的激光束准直的准直透镜、将来自准直透镜的激光束的0级衍射光向规定方向反射的衍射光栅和将来自衍射光栅的0级衍射光进一步反射的反射镜。衍射光栅和反射镜安装在共同的可旋转的平台。使得衍射光栅的反射面与反射镜的反射面的延长线在平台的旋转轴严密交叉。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：R.Wysocki1,R.Lewicki,R.F.Curl,F.K.Tittel,L.Diehl,F.Capasso,M.Troccoli,G.Hofler,D.Bour,S.Corzine,R.Maulini,M.Giovannini,J.Faist“Widely tunable mode-hop free external cavity quantumcascade lasers for highresolution spectroscopy and chemical sensing(用于高分辨率光谱和化学传感的广泛可调谐跳模自由外腔量子级联激光器)”Applied PhysicsB,September 2008,Volume 92,Issue 3,pp305-311
发明内容
发明所要解决的问题
通过采用上述那样的激光系统的结构，能够在将波长的调谐过程时，实现输出激光束的位置和方向的固定。在这样的激光系统的运用中，如果在为了波长带的变更等而使用者交换激光源的情况下输出光的位置和方向发生偏离，则需要与之相应地进行后级的光学系统的调整。因此，可能激光系统侧也要求在激光源的交换后恢复出射光的位置和方向。但是，在进行用于使外部谐振器成立的细微的调整的同时也进行出射光的光轴调整却并不容易。进一步，在需要与交换的激光源对应地同时交换衍射光栅的情况下，还要求用于完成波长的调谐过程时的输出光的位置和方向的固定的严密的对准要求，该调整仍然难以进行。另外，在如非专利文献1那样中处理红外光那样的不可见的光的情况下，该调整特别难以进行。
本发明的目的在于提供能够容易地调整输出光的位置和方向的光学套件和光学装置。
用于解决问题的方式
本发明的光学套件是用于构成包含输出激光的激光源的外部谐振器的光学系统的光学套件，包括：包含主面的基座；设置在主面，用于保持激光源的光源保持部；和设置在主面，用于保持光学系统的保持部，光学系统包括：角反射器，其由反射型衍射光栅和反射镜构成，该反射型衍射光栅将从激光源出射、从第1方向入射的激光衍射而将0级的衍射光向与第1方向交叉的第2方向反射，该反射镜将来自反射型衍射光栅的衍射光向与第1方向和第2方向不同的第3方向反射；和以形成来自角反射器的衍射光依次通过的光学开口的方式在第3方向上排列的第1开口构件和第2开口构件，保持部包括：用于保持角反射器的反射器保持部；用于保持第1开口构件的第1开口构件保持部；和用于保持第2开口构件的第2开口构件保持部，反射器保持部在反射型衍射光栅和反射镜中的各个中包括能够调整衍射光的光轴的第1机构，第1开口构件保持部在第3方向上位于与由光源保持部保持的激光源的激光的出射面相比更靠近反射器保持部侧的位置，第2开口构件保持部在第3方向上位于与由光源保持部保持的激光源的激光的出射面相比更靠近反射器保持部的相反侧的位置。
通过使用该光学套件，能够如以下那样调整输出光的位置和方向。即，首先，使角反射器保持在反射器保持部。然后，监视经由角反射器从第1开口构件的光学开口通过的衍射光的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用第2机构调整来自反射型衍射光栅的衍射光的光轴。一旦获得从第1开口构件的光学开口通过的衍射光的光强度的最大值，就充分扩大第1开口构件的光学开口，或暂时除去第1开口构件后，监视经由角反射器从第2开口构件的光学开口通过的衍射光的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用第1机构调整来自反射镜的衍射光的光轴。第1开口构件的光学开口的中心与第2开口构件的光学开口的中心能够在基座和保持部的机械加工精度的范围与一条直线一致。因此，能够通过交替地重复在监视从第1开口构件的光学开口通过的衍射光的强度的同时进行的衍射光的光轴调整和在监视从第2开口构件的光学开口通过的衍射光的强度的同时进行的衍射光的光轴调整，使第1开口构件和第2开口构件的光学开口通过的衍射光的光轴与该一条直线一致。
这些调整的结果是，能够使从激光源输出经由角反射器从第1开口构件和第2开口构件的光学开口通过的衍射光的光轴与该一条直线一致。由此，实现输出光的位置和方向的固定。这样，根据该光学套件，能够容易地调整输出光的位置和方向。特别是在该光学套件中，第1开口构件保持部位于与由光源保持部保持的激光源的激光的出射面相比更靠近反射器保持部侧的位置，且第2开口构件保持部位于与由光源保持部保持的激光源的激光的出射面相比更靠近反射器保持部的相反侧的位置。即，在该光学套件中，能够确保第1开口构件与第2开口构件的距离。由此，能够抑制从第1开口构件的光学开口和第2开口构件的光学开口双方通过的衍射光的光轴(该一条直线)的倾斜，更高精度地调整输出光的位置和方向。
在本发明的光学套件中，也可以为如下结构，即，光学系统包括：配置在激光源与角反射器之间，在第1方向上被输入激光的透镜；和以形成使得在没有角反射器的情况下从透镜通过后的激光通过的光学开口的方式配置的第3开口构件，在反射型衍射光栅入射从透镜通过后的激光，保持部具有：用于保持透镜的透镜保持部；和用于保持第3开口构件的第3开口构件保持部，反射器保持部包括将角反射器的整体能够沿主面转动地保持的第2机构。
在这种情况下，能够如以下那样，调整输出光的位置和方向。即，首先，在保持部中的除反射器保持部以外的各保持部，保持光学系统中的除角反射器以外的各光学部件。此外，以使得从激光源输出的激光经由保持在透镜保持部的透镜，从保持在第3开口构件保持部的第3开口构件的光学开口通过的方式，设置激光源。然后，监视从第3开口构件的光学开口通过的激光的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式调整激光源相对于透镜的位置。由此，达成激光源的发光点与透镜的中心的对位。透镜的中心与第3开口构件的光学开口的中心能够在基座和保持部的机械加工精度的范围与另一条直线一致。因此，通过上述的工序，从激光源输出通过透镜的激光的光轴与该另一条直线一致。
之后，能够与上述一样，进行使用第2开口构件和第3开口构件的调整。即，使角反射器保持在反射器保持部。然后，监视经由角反射器从第1开口构件的光学开口通过的衍射光的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用第2机构调整来自反射型衍射光栅的衍射光的光轴。一旦获得从第1开口构件的光学开口通过的衍射光的光强度的最大值，就充分扩大第1开口构件的光学开口，或暂时除去第1开口构件后，监视经由角反射器从第2开口构件的光学开口通过的衍射光的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用第1机构调整来自反射镜的衍射光的光轴。第1开口构件的光学开口的中心与第2开口构件的光学开口的中心能够在基座和保持部的机械加工精度的范围与平行于上述另一条直线的一条直线一致。因此，能够通过交替地重复在监视从第1开口构件的光学开口通过的衍射光的强度的同时进行的衍射光的光轴调整和在监视从第2开口构件的光学开口通过的衍射光的强度的同时进行的衍射光的光轴调整，使第1开口构件和第2开口构件的光学开口通过的衍射光的光轴与该一条直线一致。
这两个调整的结果是，能够使从激光源输出通过透镜的激光的光轴和经由角反射器从第1开口构件和第2开口构件的光学开口通过的衍射光的光轴分别与直线一致。这样，根据该光学套件，能够容易地调整输出光的位置和方向。另外，在光轴对齐的两个直线相互平行时(即，第3方向为第1方向的相反方向时)，通过上述的调整保证反射型衍射光栅的反射面与反射镜的反射面的正交，实现通过利用第1机构进行的角反射器的旋转选择输出光(衍射光)的波长时的输出光的位置和方向的固定。因此，能够容易地实现选择输出光的波长时的输出光的位置和方向固定的结构。
在本发明的光学套件中，第1开口构件保持部和透镜保持部也可以沿第2方向排列。这样，能够有效利用激光源的出射面与角反射器之间的空间。
在本发明的光学套件中，也可以为如下结构，即，激光源包括：使激光振荡的激光元件；和在激光的出射面的相反侧设置于激光元件，用于冷却激光元件的冷却部，第2开口构件保持部在第3方向上位于与冷却部相比更靠近反射器保持部的相反侧的位置。在这种情况下，能够更可靠地确保第1开口构件与第2开口构件的距离，并同时抑制来自冷却部的排热对使用第2开口构件进行的光轴调整的影响。
在本发明的光学套件中，也可以为如下结构：第1机构能够通过将反射型衍射光栅和反射镜分别相互独立地绕沿着主面的旋转轴转动地保持来调整衍射光的光轴。这样，能够通过将反射型衍射光栅和反射镜分别相互独立地绕沿着主面的旋转轴转动地保持，调整衍射光的光轴。
在本发明的光学套件中，也可以为如下结构，即，反射器保持部还包括第3机构，该第3机构以使得反射型衍射光栅不沿主面转动的方式保持反射型衍射光栅，并且以使得反射镜独立地沿主面转动的方式保持反射镜。在这种情况下，能够在抑制衍射光的波长的意图以外的变更的同时调整来自反射镜的衍射光的光轴。
在本发明的光学套件中，反射器保持部也可以进一步包括将角反射器能够沿第2方向移动地保持的第4机构。在这种情况下，能够提高从角反射器出射的衍射光的光轴调整的自由度。
本发明的光学套件也可以进一步包括用于保持激光源的光源保持部。在这种情况下，在进行激光源的交换时，容易进行激光源的定位并且容易进行激光源的发光点与透镜的中心的对位。
本发明的光学装置包括上述的光学套件、保持在透镜保持部的透镜、保持在反射器保持部的角反射器、保持在第1开口构件保持部的第1开口构件、保持在第2开口构件保持部的第2开口构件和保持在第3开口构件保持部的第3开口构件。根据该光学装置，基于上述的理由，能够容易且高精度地调整输出光的位置和方向。
本发明的另一光学装置是构成包含输出激光的激光源的外部谐振器的光学系统的光学装置，包括：设置在该光学装置的规定面，用于保持激光源的光源保持部；和设置在规定面，用于保持光学系统的保持部，光学系统包括：角反射器，其由反射型衍射光栅和反射镜构成，该反射型衍射光栅将从激光源出射、从第1方向入射的激光衍射而将0级的衍射光向与第1方向交叉的第2方向反射，该反射镜将来自反射型衍射光栅的衍射光向与第1方向和第2方向不同的第3方向反射；和以形成来自角反射器的衍射光依次通过的光学开口的方式在第3方向上排列的第1开口构件和第2开口构件，保持部包括：用于保持角反射器的反射器保持部；用于保持第1开口构件的第1开口构件保持部；和用于保持第2开口构件的第2开口构件保持部，反射器保持部在反射型衍射光栅和反射镜中的各个中包括能够调整衍射光的光轴的第1机构，第1开口构件保持部在第3方向上位于与由光源保持部保持的激光源的激光的出射面相比更靠近反射器保持部侧的位置，第2开口构件保持部在第3方向上位于与由光源保持部保持的激光源的激光的出射面相比更靠近反射器保持部的相反侧的位置。根据该光学装置，基于上述的理由，能够容易且高精度地调整输出光的位置和方向。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够容易地调整输出光的位置和方向的光学套件和光学装置。
附图说明
图1是表示本实施方式的激光装置的示意的俯视图。
图2是图1所示的激光装置的示意的侧视图。
图3是表示图1、2所示的激光源的结构的一个例子的示意图。
图4是表示图2所示的1个保持部的立体图。
图5是表示光轴调整方法的各工序的示意的俯视图。
图6是表示光轴调整方法的各工序的示意的俯视图。
图7是表示光轴调整方法的各工序的示意的俯视图。
图8是表示光轴调整方法的各工序的示意的俯视图。
图9是表示使用本实施方式的光学套件进行上述的光轴调整方法的结果的一个例子的曲线图。
图10是表示使用本实施方式的光学套件进行上述的光轴调整方法的结果的一个例子的曲线图。
图11是表示使用本实施方式的光学套件进行上述的光轴调整方法的结果的一个例子的曲线图。
图12是用于说明变形例的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明一个实施方式。另外，在各图中，有时对相同的要素彼此或相当的要素彼此，标注彼此相同的附图标记，省略重复的说明。此外，在各图中，有时表示由X轴、Y轴和Z轴规定的直角坐标系。
图1是表示本实施方式的激光装置的示意的俯视图。图2是图1所示的激光装置的示意的侧视图。如图1、2所示，激光装置(光学装置)100包括激光源101、透镜102、角反射器103、可变光阑(第3开口构件)106、可变光阑(第1开口构件)107和可变光阑(第2开口构件)108。角反射器103包括反射型衍射光栅104和反射镜105。另外，在图2中，为了容易进行可变光阑107和后述的保持部17与可变光阑108和后述的保持部18的位置关系的说明，以虚线表示与可变光阑107和保持部17重叠的透镜102和后述的保持部12。
在激光装置100中，规定有直线S1、直线S2和直线S3。直线S1、S2、S3为假想线。直线S1、直线S2和直线S3，从X轴方向(负方向为第2方向)和Y轴方向看相互平行。直线S1～S3沿着Z轴方向(正方向为第1方向，负方向为第3方向)。直线S1与直线S2距直线S3的距离为等距离。换言之，直线S3从直线S1与直线S2的中间通过。
激光源101没有特别限定，作为一个例子为量子级联激光。激光源101输出激光L1。激光L1的波长例如为3μm～15μm。透镜102将从激光源101输出的激光L1在Z轴正方向(第1方向)上输入并进行准直。在激光源101为上述的量子级联激光的情况下，透镜102例如是材质为ZnSe或Ge的非球面透镜。作为一个例子，在透镜102的激光源101侧的面及其相反侧的面，施加低反射涂层。激光源101的发光点与透镜102的中心点相互实质上一致，位于直线S1上。
从透镜102射出的激光L1向角反射器103入射。入射角反射器103的激光L1向反射型衍射光栅104入射。即，反射型衍射光栅将从激光源101射出的激光L1从Z轴正方向(第1方向)输入。反射型衍射光栅104的激光L1的入射位置是反射型衍射光栅104的反射面104s(参照图4)与直线S1的交点。此外，作为一个例子，射向激光L1的反射面104s的入射角(直线S1与反射面104s的垂线形成的角)为30°。反射型衍射光栅104的每单位长度的凹槽个数和凹槽的形状等，能够与激光源101的振荡波长相应地适当地设定，在激光源101为上述的量子级联激光的情况下，例如能够令每1mm的凹槽个数为150个，令闪耀波长为6μm。
入射反射型衍射光栅104的激光L1的0级的衍射光L2(出自反射面104s的出射角度与通常的平面反射相同，不受衍射光栅引起的波长分散的影响的成分)，即，从透镜102通过后的激光L的衍射光L2，向X轴负方向(第2方向)反射。换言之，反射型衍射光栅104将从Z轴正方向入射的激光L1衍射，向X轴负方向反射0级的衍射光L2。入射反射型衍射光栅104的激光L1的1级的衍射光L3向Z轴负方向(第3方向)衍射而入射透镜102，被透镜102聚光，耦合于激光源101的激光L1的出射端面。由此，在激光源101与反射型衍射光栅104之间形成外部谐振器。换言之，反射型衍射光栅104将从Z轴正方向入射的激光L1衍射并使1级的衍射光L3朝向Z轴负方向。
由反射型衍射光栅104向X轴负方向反射后的衍射光L2向反射镜105入射。反射镜105的衍射光L2的入射位置为反射镜105的反射面105s(参照图4)与直线S2的交点。反射型衍射光栅104的反射面104s与反射镜105的反射面105s相互正交。反射镜105对于从激光源101输出的光具有90％以上的反射率即可。作为一个例子，能够使用在表面蒸镀了金的平面金镜作为反射镜105。入射反射镜105的衍射光L2，即来自反射型衍射光栅104的衍射光L2，向Z轴负方向(第3方向)反射。
由反射镜105反射后的衍射光L2，即来自角反射器103的衍射光L2，依次通过可变光阑107的光学开口107h和可变光阑108的光学开口108h。即，可变光阑107、108以形成使得来自角反射器103的衍射光L2依次通过的光学开口107h、108h的方式在Z轴负方向上排列。可变光阑107的光学开口107h与可变光阑108的光学开口108h沿Z轴方向(沿第1方向和第3方向)彼此相对。可变光阑106～108是能够通过光圈调节孔径(光学开口的尺寸)的光学构件，彼此既可以相同也可以不同。不过，可变光阑106～108的最小的光圈直径，从将不可见的激光的空间的光轴位置限定在一定的范围内的意图出发，能够至少设在1mm以下。
可变光阑107与可变光阑108以使得光学开口107h的中心与光学开口108h的中心在直线S2上一致的方式配置。从可变光阑108射出的衍射光L2向外部输出。可变光阑106以在没有角反射器103的情况下，使得从透镜102通过后的激光L1通过光学开口106h的方式配置。透镜102与可变光阑106的光学开口106h沿Z轴方向(沿第1方向和第3方向)彼此相对。可变光阑106以使得其光学开口106h的中心与激光源101的发光点和透镜102的中心一起，在直线S1上一致的方式配置。
在激光装置100中，通过以上的结构，在使角反射器103旋转而变更输出光(衍射光L2)的波长时，输出光的位置和方向不变。
以上的激光装置100，即包含激光源101与激光源101的外部谐振器的另一光学系统，由光学套件10构成。接着，说明用于构成激光装置100的光学套件。光学套件10包括包含主面11s的基座11和保持上述的各光学部件的保持部。基座11为平板状，一体地形成。另外，也可以在基座11形成有凹凸构造。在这种情况下，也可以是该凹凸构造的多个凸部的顶面且为面向一方的多个面主面11s构成。在这种情况下，构成主面11s的多个面也可以相互平行。保持部具有用于保持透镜102的保持部(透镜保持部)12、用于保持角反射器103的保持部(反射器保持部)13、用于保持可变光阑106的保持部(第3开口构件保持部)16、用于保持可变光阑107的保持部(第1开口构件保持部)17、用于保持可变光阑108的保持部(第2开口构件保持部)18和用于保持激光源101的保持部(光源保持部)19。
直线S1～S3位于与基座11的主面11s平行的平面内。换言之，保持部12、保持部16～18和保持部19以使得自透镜102的中心、光学开口106h～108h的中心和激光源101的发光点的主面11s起的高度一致的方式，保持透镜102、可变光阑106～108和激光源101。保持部12和保持部16沿Z轴方向(沿第1方向和第3方向)配置。保持部17和保持部18沿Z轴方向(沿第1方向和第3方向)配置。保持部16～18也可以彼此相同。此外，自保持部16～18的主面11s起的高度也可以彼此相同。在这样的情况下，由于保持部16～18相同(相同高度)，所以只要使用相同形状的可变光阑(开口构件)就能够在机械加工精度的范围容易地使光学开口的中心的高度一致。
此处，保持部17(和可变光阑107)位于关于Z轴负方向，与由保持部19保持的激光源101的激光L1的出射面101s相比更靠近保持部13侧的位置。此外，保持部18(和可变光阑108)位于关于Z轴负方向，与由保持部19保持的激光源101的激光L1的出射面101s相比更靠近保持部13的相反侧的位置。即，从X轴方向看时，保持部17(和可变光阑107)、出射面101s和保持部18(可变光阑108)在Z轴负方向上依次排列。
此外，保持部12(和透镜102)配置在出射面101s与保持部13(角反射器103)之间。而且，保持部12(和透镜102)和保持部17(和可变光阑107)沿X轴方向排列。即，从X轴方向看时，保持部12(透镜102)与保持部17(和可变光阑107)相互重叠地配置。
图3是表示图1、2所示的激光源的结构的一个例子的示意图。如图3所示，激光源101包括使激光振荡的激光元件110、搭载激光元件110的搭载基片120、设置搭载基片120的底壁部130、设置在底壁部130将激光元件110和搭载基片120与底壁部130一起构成密封的封装件P的盖构件150和在封装件P内设置于底壁部130与搭载基片120之间的冷却元件140。激光元件110例如是量子级联激光。冷却元件140用于冷却激光元件110，例如珀尔帖元件。激光元件110的一个端面110s是激光L1的出射面101s。不过，在封装件P，在盖构件150形成有透射激光L1的窗口部155。因此，该窗口部155的面向封装件P的外侧的面155s能够为激光L1的出射面101s。
激光源101进一步通过保持底壁部130来保持激光源101的整体。例如包括L字形的支架160(例如保持部19的一部分)。进一步，激光源101还包括设置在支架160的与底壁部130为相反侧的散热装置170和安装在散热装置170的风扇180。散热装置170例如为空冷式。散热装置170和风扇180在激光L1的出射面101s的相反侧设置于激光元件110，作为用于冷却激光元件110的冷却部发挥作用。如图1、2所示，保持部18(可变光阑108)在Z负方向上，位于与该冷却部相比更加更靠近保持部13(角反射器103)的相反侧的位置(更外侧)。
图4是表示图2所示的(保持角反射器)保持部的立体图。如图4所示，保持部13可转动地保持角反射器103的整体，并且相互独立并可转动地保持反射型衍射光栅104和反射镜105。更具体而言，保持部13具有将角反射器103的整体能够绕与基座11的主面11s交叉(正交)的旋转轴A1(即，沿主面11s)转动地保持的机构(第2机构)21。旋转轴A1通过形成反射型衍射光栅104的反射面104s(的延长线)与反射镜105的反射面105s(的延长线)的直角的交点C1。
此外，保持部13具有将反射型衍射光栅104能够绕沿着主面11s和反射面104s的旋转轴A2独立转动地保持，并且将反射镜105能够绕沿着主面11s和反射面105s的旋转轴A3独立转动地保持的机构(第1机构)22。由此，机构22能够分别在反射型衍射光栅104和反射镜105调整衍射光L2的光轴。进一步，保持部13具有以使得反射型衍射光栅104不沿主面11s独立转动的方式保持反射型衍射光栅104，并且以使得反射镜105能够绕与主面11s交叉(正交)并且沿着反射面105s的旋转轴A4(即沿主面11s)独立地转动的方式保持反射镜105的机构(第3机构)23。
另外，反射型衍射光栅104的凹槽沿与主面11s交叉(正交)的方向延伸并沿主面11s排列。即，机构21将反射型衍射光栅104能够向波长选择方向转动地保持，机构23以使其不独立地向波长选择方向转动的方式保持反射型衍射光栅104。另外，保持部13例如也可以进一步包括通过设置在光学载置台或导轨等上，将角反射器103能够沿X轴方向(第2方向)平行移动地保持的机构(第4机构)(未图示)。
接着，说明使用以上的光学套件10的激光装置100的光轴调整方法。图5～图8是表示光轴调整方法的各工序的示意的俯视图。图5表示该方法的初始状态。在该方法中，首先，如图5所示那样，在保持部中的除用于角反射器103的保持部13以外的各保持部，保持除上述的光学系统中的角反射器103以外的各光学部件。此时，各保持部以在机械加工精度的范围，使得透镜102的中心与可变光阑106的光学开口106h的中心在直线S1上一致的方式，且使得可变光阑107的光学开口107h的中心与可变光阑108的光学开口108h的中心在直线S2上一致的方式，保持各光学部件。
此外，透镜102与可变光阑106的距离和可变光阑107与可变光阑108的距离，能够确保连结透镜102与可变光阑106的中心的直线和连结可变光阑107与可变光阑108的中心的直线的自直线S1和直线S2的倾斜度被抑制在1mrad以内的范围的程度。例如，在可变光阑106～108的光圈直径为1mm的情况下，透镜102与可变光阑106的距离和可变光阑107与可变光阑108的距离能够至少为80mm以上，作为一个例子为90mm。通过令透镜102与可变光阑106的距离和可变光阑107与可变光阑108的距离为80mm以上，连结各自的中心的直线的自直线S1和直线S2的倾斜度被抑制在1mrad以内的范围。此外，直线S1与直线S2的距离，只要是在将各光学部件配置在直线S1、S2上时它们彼此不干扰的范围就没有上限，不过为了避免光学系统的大型化和伴随后述的反射型衍射光栅104的旋转产生的光束的错位的扩大，能够设在100mm以内，作为一个例子为40mm。
接着，在该方法中，如图6所示那样，维持未设置角反射器103的状态的同时使激光源101保持在保持部19地设置。激光源101以使得所输出的激光L1经由保持在保持部12的透镜102、从保持在保持部16的可变光阑106的光学开口106h通过的方式设置。进一步，在可变光阑106的与激光源101为相反侧的位置，设置能够检测通过光学开口106h后的激光L1的光强度的检测器50。
而且，监视从可变光阑106的光学开口106h通过后的激光L1的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式调整激光源101相对于透镜102的位置。由此，达成激光源101的发光点与透镜102的中心的对位。透镜102的中心与可变光阑106的光学开口106h的中心能够在基座11和保持部的机械加工精度的范围与一条直线S1一致。
通过以上的工序，从激光源101输出通过透镜102的激光L的光轴与直线S1一致。另外，在该阶段，激光源101与透镜102的距离并非最佳。在该阶段，为了进行光强度的监视，以使得激光L1聚光于可变光阑106附近的方式调整激光源101与透镜102的距离即可。
接着，在该方法中，如图7所示那样，使角反射器103保持在保持部13地设置。此处，反射型衍射光栅104的反射面104s与反射镜105的反射面105s在目视水平上大致正交即可。反射面104s与反射面105s的严密的正交性，如后述那样，通过进行以后的工序来确保。此外，此时，能够将激光L1的射向反射面104s的入射角设定为在反射面104s与激光源101之间外部谐振器成立的角度，即，1级的衍射光L3经由透镜102反馈至激光源101的角度。如上所述，在该阶段，激光源101与透镜102的距离并非最佳，因此虽然外部谐振不成立，但是通过使得来自反射型衍射光栅104的返回光部分返回激光源101，激光源101的光输出得到提高。
另一方面，在可变光阑107的与角反射器103为相反侧的位置，设置能够检测从光学开口107h通过后的衍射光L2的光强度的检测器50。而且，监视经由角反射器103从可变光阑107的(例如充分缩小至1mm以下的)光学开口107h通过后的衍射光L2的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用保持部13的机构22调整反射型衍射光栅104的角度，调整来自反射型衍射光栅104的衍射光L2的光轴。此时，通过利用第4机构，使角反射器103的全体沿X轴方向移动，能够进一步调整衍射光L2的光轴。
接着，如图8所示那样，一旦获得了从可变光阑107的光学开口107h通过后的衍射光L2的光强度的最大值，就将可变光阑107的光学开口107h充分扩大，并且在可变光阑108的与可变光阑107为相反侧的位置设置能够检测从光学开口108h通过后的衍射光L2的光强度的检测器50。而且，监视经由角反射器103从可变光阑108的(例如充分缩小至1mm以下的)光学开口108h通过后的衍射光L2的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用保持部13的机构22和机构23，调整反射镜105的角度，调整来自反射镜105的衍射光L2的光轴。
可变光阑107的光学开口107h的中心与可变光阑108的光学开口108h的中心能够在基座11和保持部的机械加工精度的范围与直线S2一致。因此，能够通过交替地重复在监视从可变光阑107的光学开口107h通过后的衍射光L2的强度同时进行的衍射光L2的光轴调整与在监视从可变光阑108的光学开口108h通过后的衍射光L2的强度同时进行的衍射光L2的光轴调整，使从可变光阑107、108的光学开口107h、108h依次通过的衍射光L2的光轴与直线S2一致。
这些调整的结果是，能够使从激光源101输出通过透镜102的激光L1的光轴和经由角反射器103从可变光阑107、108的光学开口107h、108h通过的衍射光L2的光轴与相互平行的两个直线S1、S2一致。此外，由此，保证反射型衍射光栅104的反射面104s与反射镜105的反射面105s的正交，实现通过利用机构21进行的角反射器103的旋转选择输出光(衍射光L2)的波长时的输出光的位置和方向的固定。
最后，在该方法中，以在将可变光阑107、108的光学开口107h、108h充分扩大的状态，使得从光学开口108h通过后的衍射光L2的光强度在距可变光阑108任意的距离成为最大的方式，调整激光源101与透镜102的距离。由此，来自激光源101的激光L1由透镜102准直并且激光源101与反射型衍射光栅104光学耦合，使以反射型衍射光栅104为谐振器的一端的外部谐振成立。根据以上那样的该方法，在设置激光源101后，能够仅进行按可变光阑106～107的顺序使光通过的操作，就完成外部谐振器的光轴调整。
如以上说明的那样，能够通过使用光学套件10，如以下那样调整输出光的位置和方向。即，首先，使角反射器103保持在保持部13。然后，监视经由角反射器103从可变光阑107的光学开口107h通过的衍射光L2的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用机构22调整来自反射型衍射光栅104的衍射光L2的光轴。一旦获得了从可变光阑107的光学开口107h通过后的衍射光L2的光强度的最大值，就将可变光阑107的光学开口107h充分扩大，或者在暂时除去可变光阑107之后，监视经由角反射器103从可变光阑108的光学开口108h通过后的衍射光L2的光强度，并同时以获得该光强度的最大值的方式，利用机构22调整来自反射镜105的衍射光L2的光轴。可变光阑107的光学开口107h的中心与可变光阑108的光学开口108h的中心能够在基座11和保持部17、18的机械加工精度的范围与直线S2一致。因此，能够通过交替地重复在监视从可变光阑107的光学开口107h通过后的衍射光L2的强度的同时进行的衍射光L2的光轴调整和在监视从可变光阑108的光学开口108h通过后的衍射光L2的强度的同时进行的衍射光的光轴调整，使从可变光阑107和可变光阑108的光学开口107h、108h通过的衍射光L2的光轴与该一条直线一致。
这些调整的结果是，能够使从激光源101输出经由角反射器103通过可变光阑107和可变光阑108的光学开口107h、108h的衍射光L2的光轴与直线S2一致。由此实现输出光的位置和方向的固定。这样，根据光学套件10，能够容易地调整输出光的位置和方向。特别是在光学套件10中，保持部17(可变光阑107)位于与由保持部19保持的激光源101的激光L1的出射面101s相比更靠近保持部13侧的位置，且保持部18(可变光阑108)位于与出射面101s相比更靠近保持部13的相反侧的位置。即，在光学套件10中，可变光阑107与可变光阑108的距离得到确保。由此，能够抑制从可变光阑107的光学开口107h和可变光阑108的光学开口108h双方通过的衍射光L2的光轴(该一条直线)的倾斜，更高精度地调整输出光的位置和方向。
此外，在光学套件10中，光学系统包括透镜102和可变光阑106，该透镜102配置在激光源101与角反射器103之间，在Z轴正方向上被输入激光L1，该可变光阑106以在没有角反射器103的情况下形成使得从透镜102通过后的激光L1通过的光学开口106h的方式配置，在反射型衍射光栅104被入射从透镜102通过后的激光L1，保持部具有用于保持透镜102的保持部12和用于保持可变光阑106的保持部16，保持部13包括将角反射器103的整体能够沿主面转动地保持的机构21。
因此，能够如以下那样，调整输出光的位置和方向。即，首先，在除保持部13以外的各保持部保持光学系统中的除角反射器103以外的各光学部件。此外，以使得从激光源101输出的激光L1经由保持在保持部12的透镜102从保持在保持部16的可变光阑106的光学开口106h通过的方式，设置激光源101。接着，以在监视可变光阑106的光学开口106h通过的激光L1的光强度的同时获得该光强度的最大值的方式调整激光源101相对于透镜102的位置。由此达成激光源101的发光点与透镜102的中心的对位。透镜102的中心与可变光阑106的光学开口106h的中心能够在基座11和保持部16的机械加工精度的范围与直线S1一致。因此，能够通过上述的工序，使从激光源101输出通过透镜102的激光L1的光轴与该直线S1一致。
之后，与上述一样，通过进行使用可变光阑107和可变光阑108的调整，能够使从可变光阑107和可变光阑108的光学开口107h、108h通过的衍射光L2的光轴与该直线S2一致。
这两个调整的结果是，能够使从激光源101输出通过透镜的激光L1的光轴与经由角反射器103从可变光阑107、108的光学开口107h、108h通过的衍射光L2的光轴与相互平行的两个直线S1、S2一致。由此保证反射型衍射光栅104的反射面104s与反射镜105的反射面105s的正交，实现通过利用机构21进行的角反射器103的旋转选择输出光(0级的衍射光)的波长时的输出光的位置和方向的固定。这样，根据该光学套件10，能够容易地调整输出光的位置和方向，进而能够容易地实现固定选择输出光的波长时的输出光的位置和方向的结构。
此外，在光学套件10中，保持部17(可变光阑107)与保持部12(透镜102)沿X轴方向排列。这样，能够有效利用激光源101的出射面101s与角反射器103之间的空间。
此外，在光学套件10中，激光源101包括使激光L1振荡的激光元件110和在激光L1的与出射面101s吸附侧设置于激光元件110、用于冷却激光元件110的冷却部(散热装置170和风扇180)。而且，保持部18(可变光阑108)在Z轴负方向(第3方向)上位于与冷却部相比更靠近保持部13(角反射器103)的相反侧的位置。因此，能够更可靠地确保可变光阑107、108之间的距离，并同时抑制来自冷却部的排热对使用可变光阑108进行的光轴调整的影响。
此外，在光学套件10中，机构22通过将反射型衍射光栅104和反射镜105分别能够相互独立地绕沿着主面11s的旋转轴转动地保持，能够进行衍射光L2的光轴的调整。因此，能够通过将反射型衍射光栅104和反射镜105分别能够相互独立地绕沿着主面11s的旋转轴转动地保持，能够调整衍射光L2的光轴。
此外，在光学套件10中，保持部13还包括以使得反射型衍射光栅104不沿着主面11s转动的方式保持反射型衍射光栅104，并且以使得反射镜105独立地沿着主面11s转动的方式保持反射镜105的机构23。在这种情况下，能够抑制衍射光L2的波长的意图以外的变更并同时调整来自反射镜105的衍射光L2的光轴。
此外，在光学套件10中，保持部13也可以包括将角反射器103能够沿X轴方向移动地保持的第4机构。在这种情况下，从角反射器103出射的衍射光L3的光轴调整的自由度得到提高。
另外，在上述的结构中，为了即使使反射型衍射光栅104的角度，即角反射器103的角度变化也不在被反射镜105反射后的衍射光L2的光轴产生错位，需要使得反射型衍射光栅104与反射镜105的反射面104s、105s相互为直角，且使得角反射器103的旋转中心(旋转轴A1的位置)配置在距直线S1和直线S2相等的距离。
但是，这些条件是作为用于使光轴与2条平行的直线S1、S2对齐的上述的光轴调整方法的结果自然成立的，能够在仅按上述的步骤进行光轴调整与外部谐振器的成立的同时，抑制伴随角反射器103的旋转产生的光束的位置和方向的变化。在上述的光轴调整方法中，采用不事先拘泥于彼此的反射面104s、105s的严密的直角性而利用调整机构(机构22和机构23)调整反射型衍射光栅104和反射镜105的方式的理由是，为了吸收由于激光源和衍射光栅的交换而可能产生的微小的倾斜和错位，或者从决定透镜102与可变光阑106～108的位置的机械加工精度和依赖于可变光阑106～108的开口径的理想状态产生的偏离，实现沿着直线S1、S2的光轴。
另外，即使不使用上述实施方式的结构，而通过将严密地以直角配置了反射型衍射光栅的反射面与反射镜的反射面的角反射器另外形成并组装，实现了不产生角反射器的角度变化带来的出射光的光轴的错位的结构，也需要进行为了将出射光导向所期望的位置和方向而吸收上述那样的倾斜和错位等的调整，在每次进行反射型衍射光栅的交换时形成具有严密的直角性的角反射器给使用者带来的麻烦非常大。即，在本实施方式中，通过使用如上述那样配置的可变光阑106～108与角反射器103的调整机构，能够显著提高激光源和衍射光栅的交换时的使用者的调整操作的便利性。
进一步，在本实施方式的光学系统中，在刚刚交换激光源和衍射光栅并重新进行对准之后，也必须将输出光向沿着由可变光阑107、108规定的直线S2的位置和方向导出，因此在光学部件的交换和与之相伴的对准后也能够再现交换前的光轴。因此，能够对将本实施方式的激光装置100作为波长可变光源使用的外部的光学系统不产生影响地交换激光源和衍射光栅。根据以上说明，本实施方式的光学套件10优选为能够容易地进行激光源和衍射光栅等光学部件的交换和对准那样的光学套件。
图9～图11是表示使用本实施方式的光学套件进行上述的光轴调整方法的结果的一个例子的曲线图。在图9中，在下侧横轴表示波数，在上侧横轴表示波长，在左侧纵轴表示标准化的光强度，在右侧纵轴表示平均输出。图9的曲线图中的各曲线表示各光强度相对于峰波长(波数)的平均输出。图10是将图9的一部分放大的曲线图。如图9、10所示，根据使用该光学套件10的光轴调整，在超过150cm-1的波长(波数)范围，能够实现能够在半值全宽不到1cm-1的单一模式下自如地进行振荡波长的选择的激光装置100。
在图11中，在横轴表示波数，在纵轴表示X轴方向和Y轴方向上的自输出光的中心的偏离量。如图11所示，根据使用该光学套件10的光轴调整，在进行超过150cm-1的波长(波数)范围的波长选择时，能够实现输出光的错位在X轴方向和Y轴方向上均被抑制在0.5mrad的范围的激光装置100。这样，使用该光学套件10，能够提供能够在分光等精密的测量中优选采用的外部谐振器光源。
以上的实施方式用于说明本发明的一个例子。因此，本发明并不限定于上述的光学套件10和激光装置100，而能够任意地变更。
例如保持部17和可变光阑107，为了确保可变光阑107与可变光阑108的距离尽量长，能够将保持部17和可变光阑107尽量配置在角反射器103(反射镜105)侧。但是，在使用机构21使角反射器103绕旋转轴A1转动时，需要使得反射镜105不干扰保持部17和可变光阑107。同样，在使角反射器103绕旋转轴A1转动时，需要使得反射型衍射光栅104不干扰保持部12和透镜102。
基于这样的状况，参照图12，探讨使保持部12和透镜102与保持部17和可变光阑107最接近角反射器103的情况。令射向反射型衍射光栅104的激光L1的入射角θi为25°以上65°以下。激光L1从直线S1上的透镜102的中心通过。另一方面，在要将反射型衍射光栅104尽量配置在基座11的端部的情况下，能够使反射型衍射光栅104的一端与直线S3上的交点C1(反射型衍射光栅104的旋转中心)一致。在这样的状况下，为了使得反射型衍射光栅104接受激光L1的入射，反射型衍射光栅104需要在X轴正方向上延伸与直线S1与直线S3的距离D2相应的长度，其它端部达到直线S1。此时的交点C1至反射型衍射光栅104与直线S1的交点的距离，使用直线S1与直线S3的距离D2(直线S1与直线S2的距离D1的1/2)求取，为距离D2×1/cos65°。进一步，考虑到由透镜102准直，向反射型衍射光栅104入射的激光L1的光束直径R，能够通过令反射型衍射光栅104的长度a为(直线S1与直线S3的距离D2+准直后的激光L1的光束直径R)×1/cosθi，将透镜102配置在更靠近角反射器103侧。反射镜105也一样。
此外，在上述的激光装置中，保持部13并不限定于将角反射器103一体地拆装的结构。保持部13也可以在角反射器103仅可拆装地保持反射型衍射光栅104。
此外，也可以取代可变光阑106～108，使用不具有光圈功能的、即不具有光学开口106h～108h的尺寸的调整功能的针孔式构件等开口构件。在这种情况下，保持部16～18将该针孔式构件等开口构件能够从激光L1或衍射光L2的光路插拔地保持即可。即，可变光阑106～108能够为能够在在激光L1或衍射光L2的光路形成光学开口的任意的构件。
进一步，光轴调整时的激光L1或衍射光L2的光强度的监视方法，能够取代使用检测器50的方法，使用热敏色素等，并没有特别限制。
此处，在上述实施方式中，例示了作为射向反射型衍射光栅104的激光的L1的入射方向的第1方向为Z轴正方向，作为来自反射镜105的衍射光L2的反射方向的第3方向为Z轴负方向的情况。即，在上述的例子中，第3方向是第1方向的反方向。在该例子中，直线S1与直线S2相互平行，分别与Z轴方向一致。但是，第3方向只要是与第1方向和第2方向不同的方向即可。例如，第3方向(直线S2)也可以不仅包含Z轴成分而且包含X轴成分，作为一个例子，能够包含比Z轴成分小的X轴成分。
在这样的情况下，也是只要反射型衍射光栅104的反射面104s(的延长线)与反射镜105的反射面105s(的延长线)的交点C1成为旋转轴A1，就能够在转动角反射器103进行波长的调谐过程时实现输出光的位置和方向的固定。另外，在这种情况下反射型衍射光栅104与反射镜105不形成直角，不过能够通过与上述实施方式同样的调整方法，使得反射型衍射光栅104与反射镜105配置成与结果上直线S1与直线S2形成的角度相应的规定的角度。
进一步，在上述实施方式中，作为光学装置的一个例子，例示了由光学套件10构成的激光装置100。但是，光学装置并不限定于利用光学套件10的结构。光学装置例如也可以为规定的激光装置，且在该规定的激光装置的箱体等任意的构件的规定面上设置上述的保持部12～19，利用由该保持部12～19保持的上述的光学部件构成包含外部谐振器的光学系统的装置。在这种情况下，能够不仅在光源的交换时，而且在对组装入该装置的光学部件进行由于固定具的劣化等而经年累月地产生了偏离的情况下的调整时，也能够容易且高精度调整输出光的位置和方向，是有效的。
工业上的可利用性
能够提供能够容易地调整输出光的位置和方向的光学套件和光学装置。
附图标记的说明
10光学套件
11基座
11s主面
12保持部(透镜保持部)
13保持部(反射器保持部)
16保持部(第3开口构件保持部)
17保持部(第1开口构件保持部)
18保持部(第2开口构件保持部)
19保持部(光源保持部)
21机构(第2机构)
22机构(第1机构)
23机构(第3机构)
100激光装置(光学装置)
101激光源
110激光元件
101s出射面

Claims (9)

1.一种光学套件，其用于构成包含输出激光的激光源的外部谐振器的光学系统，其中，
所述光学套件具备：
基座，其包含主面；
光源保持部，其设置在所述主面，用于保持所述激光源；和
保持部，其设置在所述主面，用于保持所述光学系统，
所述光学系统包括：
角反射器，其由反射型衍射光栅和反射镜构成，所述反射型衍射光栅将从所述激光源出射、从第1方向入射的激光衍射而将0级的衍射光向与所述第1方向交叉的第2方向反射，所述反射镜将来自所述反射型衍射光栅的所述衍射光向与所述第1方向和所述第2方向不同的第3方向反射；和
第1开口构件和第2开口构件，其以形成供来自所述角反射器的所述衍射光依次通过的光学开口的方式，在所述第3方向上排列，
所述保持部具有：
反射器保持部，其用于保持所述角反射器；
第1开口构件保持部，其用于保持所述第1开口构件；和
第2开口构件保持部，其用于保持所述第2开口构件，
所述反射器保持部包括：第1机构，其能够在所述反射型衍射光栅和所述反射镜中的各个中，调整所述衍射光的光轴，
所述第1开口构件保持部，在所述第3方向上，位于与由所述光源保持部保持的所述激光源的所述激光的出射面相比更靠近所述反射器保持部侧的位置，
所述第2开口构件保持部，在所述第3方向上，位于与由所述光源保持部保持的所述激光源的所述激光的所述出射面相比更靠近所述反射器保持部的相反侧的位置。
2.如权利要求1所述的光学套件，其中，
所述光学系统包括：
透镜，其配置在所述激光源与所述角反射器之间，在所述第1方向上输入有所述激光；和
第3开口构件，其以形成在没有所述角反射器的情况下供从所述透镜通过后的所述激光通过的光学开口的方式配置，
在所述反射型衍射光栅入射有从所述透镜通过后的所述激光，
所述保持部具有：
透镜保持部，其用于保持所述透镜；和
第3开口构件保持部，其用于保持所述第3开口构件，
所述反射器保持部包括：第2机构，其能够将所述角反射器的整体沿所述主面转动地保持。
3.如权利要求2所述的光学套件，其中，
所述第1开口构件保持部和所述透镜保持部沿所述第2方向排列。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光学套件，其中，
所述激光源包括：
激光元件，其使所述激光振荡；和
冷却部，其在所述激光的所述出射面的相反侧，设置于所述激光元件，用于冷却所述激光元件，
所述第2开口构件保持部，在所述第3方向上，位于与所述冷却部相比更靠近所述反射器保持部的相反侧的位置。
5.如权利要求1～4中任一项所述的光学套件，其中，
所述第1机构，能够通过将所述反射型衍射光栅和所述反射镜中的各个，能够相互独立地绕沿着所述主面的旋转轴转动地保持，来调整所述衍射光的光轴。
6.如权利要求1～5中任一项所述的光学套件，其中，
所述反射器保持部还包括：第3机构，其以所述反射型衍射光栅不沿所述主面转动的方式，保持所述反射型衍射光栅，并且，以所述反射镜独立地沿所述主面转动的方式，保持所述反射镜。
7.如权利要求1～6中任一项所述的光学套件，其中，
所述反射器保持部还包括：第4机构，其能够将所述角反射器沿所述第2方向移动地保持。
8.一种光学装置，其中，
具备：
权利要求1～7中任一项所述的光学套件；
所述激光源，其保持在所述光源保持部激光源；
所述角反射器，其保持在所述反射器保持部；
所述第1开口构件，其保持在所述第1开口构件保持部；和
所述第2开口构件，其保持在所述第2开口构件保持部。
9.一种光学装置，其构成包含输出激光的激光源的外部谐振器的光学系统，其中，
所述光学装置具备：
光源保持部，其设置在该光学装置的规定面，用于保持所述激光源；和
保持部，其设置在所述规定面，用于保持所述光学系统，
所述光学系统包括：
角反射器，其由反射型衍射光栅和反射镜构成，所述反射型衍射光栅将从所述激光源出射、从第1方向入射的激光衍射而将0级的衍射光向与所述第1方向交叉的第2方向反射，所述反射镜将来自所述反射型衍射光栅的所述衍射光向与所述第1方向和所述第2方向不同的第3方向反射；和
第1开口构件和第2开口构件，其以形成供来自所述角反射器的所述衍射光依次通过的光学开口的方式，在所述第3方向上排列，
所述保持部包括：
反射器保持部，其用于保持所述角反射器；
第1开口构件保持部，其用于保持所述第1开口构件；和
第2开口构件保持部，其用于保持所述第2开口构件，
所述反射器保持部包括：第1机构，其能够在所述反射型衍射光栅和所述反射镜中的各个中，调整所述衍射光的光轴，
所述第1开口构件保持部，在所述第3方向上，位于与由所述光源保持部保持的所述激光源的所述激光的出射面相比更靠近所述反射器保持部侧的位置，
所述第2开口构件保持部，在所述第3方向上，位于与由所述光源保持部保持的所述激光源的所述激光的所述出射面相比更靠近所述反射器保持部的相反侧的位置。
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