JP2000164981A - 波長可変光源 - Google Patents
波長可変光源Info
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- JP2000164981A JP2000164981A JP33762498A JP33762498A JP2000164981A JP 2000164981 A JP2000164981 A JP 2000164981A JP 33762498 A JP33762498 A JP 33762498A JP 33762498 A JP33762498 A JP 33762498A JP 2000164981 A JP2000164981 A JP 2000164981A
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Abstract
系の配置に自由度を持たせ、また、共振器長を短くす
る。 【解決手段】 ミラー25の回動中心線Rの位置を、回
折格子24の回折面を延長した平面H1に含まれ、且つ
ミラー25の反射面を延長した平面H3から外れた位置
に設けるとともに、ミラー25の回動中心から回折格子
24に入射する光の光軸入射点Gまでの距離r、光軸入
射点Gから半導体レーザ22までの実効光路長L1、ミ
ラー25の回動中心からミラー25の反射面を延長した
平面H3までの距離L2および回折格子24に対する光
の入射角αとの間に、次の関係、 r=(L1+L2)/sin α または r=(L1−L
2)/sin α が成り立つようにする。
Description
反射体の回動によって波長を可変する外部共振器型の波
長可変光源において、光学系の配置に自由度を持たせ、
また、共振器長を短くするための技術に関する。
変光源のうち、リトマン型の呼ばれるものでは、図6に
示すように、半導体レーザ1の一方の出射端面1a(低
反射面)から出射された光をコリメータ2によって平行
光に変換して回折格子3に入射し、回折格子3の回折光
をミラー4によって逆光路で反射して半導体レーザ1に
戻すように構成されており、固定された回折格子3に対
してミラー4を所定位置を中心に回動させて回折格子3
とミラー4との間の光路長を変化させることで、半導体
レーザ1に対する外部共振器長を可変し、回折格子3の
全反射光または半導体レーザ1の他方の出射端面1bか
らの出射光の波長を可変している。
格子3の回折面3aを延長した平面H1と半導体レーザ
1の屈折率を考慮した半導体レーザ1の実効共振端面を
延長した平面H2とが交わって形成される交線R(図面
に垂直な線)をミラー4の回動中心線とし、ミラー4の
反射面4aを延長した平面H3がこの回動中心線Rを含
むように設定することによって、モードホップを生じさ
せずに波長を連続的に可変できるようにしたものであ
る。
た従来の波長可変光源では、ミラーの回動中心線Rの位
置が1点に限定されてしまい、光学系の設計上での自由
度が全く無く、例えば、他の機能を実現する光学系をこ
の波長可変光源とともに実装する場合に大きな制限を受
ける。
とができず、隣接する外部共振モードに対する回折格子
のフィルタの分解能に余裕がないという問題があった。
動中心線の位置に自由度を持たせることができ、共振器
長を短くすることができる波長可変光源を提供すること
を目的としている。
に、本発明の波長可変光源は、ベース(21)と、該ベ
ース上に固定され少なくとも一方の光出射面が低反射で
ある半導体レーザ(22)と、前記ベース上に固定され
前記半導体レーザの前記低反射面からの出射光を平行光
に変換するコリメータ(23)と、前記ベース上に固定
され前記コリメータによって平行光に変換された光を回
折する回折格子(24)と、前記回折格子からの回折光
を受ける位置を移動可能に配置され該回折光を前記回折
格子に逆光路で反射して前記半導体レーザに戻す反射体
(25)と、該反射体を前記ベース上の所定位置を中心
に回動させて移動させる反射体回動手段(26、27、
28)とを備えた外部共振器型の波長可変光源におい
て、前記反射体回動手段による前記反射体の回動中心と
なる前記所定位置が、前記回折格子の回折面を延長した
平面H1に含まれ、且つ前記反射体の反射面を延長した
平面H3から外れた位置に設けられているとともに、前
記反射体の回動中心となる前記所定位置から前記回折格
子に入射する光の光軸入射点Gまでの距離r、該光軸入
射点Gから前記半導体レーザまでの実効光路長L1、前
記反射体の回動中心となる前記所定位置から該反射体の
反射面を延長した平面H3までの距離L2および前記回
折格子に対する光の入射角αとの間に、次の関係、 r=(L1+L2)/sin α または r=(L1−L
2) が成り立つようにしている。
施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態の波長可
変光源20の構成を示している。
な上面21aの所定位置には半導体レーザ22が固定さ
れている。
射面22aは低反射であり、この低反射の光出射面22
aからベース21の上面21aに平行に出射された光
は、ベース21上に固定されたコリメータ23に入射さ
れ、平行光に変換されてベース21の上面21aに平行
に出射される。
ス21上に固定された回折格子24の回折面24aに入
射角αで入射される。なお、回折格子24は、回折面2
4aおよび回折面24aに設けられている刻線(図示せ
ず)がベース21の上面21aに垂直となるように固定
されている。
体として平面鏡型のミラー25がその反射面25aを回
折面24aに対向させるように配置されている。このミ
ラー25は、回折格子24からの回折光を回折格子24
の回折面24aに逆光路で反射して半導体レーザ22へ
戻すためのものである。
の上面21aに垂直となる状態で、回動自在なアーム2
6の一端26a側に支持されている。アーム26は後述
するバネ28および駆動装置29とともにこの実施形態
の反射体回動手段を形成するものであり、その他端26
b側は、軸27によってベース21上の所定位置で回動
自在に支持されている。
26の一端26a側を回折格子24から離間させる方向
に付勢するバネ28が掛けられており、ベース21上の
アーム26の一端側26a近傍には、アーム26の一端
26a側を押し引きして、回折格子24に対するミラー
25の角度および距離を可変させる駆動装置29が設け
られている。
25の回動中心線Rは、半導体レーザ22から出射され
てコリメータ23、回折格子24およびミラー25に至
る光の光軸Ca、Cbによって形成される平面を延長し
た光路基準面(ベース21の上面21aに平行な面)に
垂直で、回折格子24の回折面24aを延長した平面H
1上にあるが、この平面H1と半導体レーザ22の屈折
率を考慮した実効共振端面を延長した平面H2とが交わ
る位置R′よりも回折格子24寄りに設けられている。
の反射面25aを延長した平面H3に含まれておらず、
前記リトマン型の波長可変光源の光学系の配置条件を満
たしていない。
では、図2に示しているように、回折格子24に入射す
る光の光軸入射点Gから回動中心線Rまでの距離をr、
光軸入射点Gから半導体レーザ21の実効共振端面H2
までの距離(実効光路長)をL1、回動中心線Rからミ
ラー25の反射面25aを延長した平面H3に降ろした
垂線RPの長さ(回動中心Rから平面H3までの距離)
をL2としたとき、次式、 r=(L1−L2)/sin α を満足するように各部が配置されているため、モードホ
ップのない状態で波長の連続可変が可能である。
よる補正がないとすれば、光軸入射点Gから半導体レー
ザの反射端までの実際の距離に、 (N1−1)・U1+(N2−1)・U2 を加えたものである。ただし、N1はコリメータの屈折
率、U1はコリメータの光通過長、N2は半導体レーザ
の屈折率、U2は半導体レーザの光通過長である。
可変が可能であることを、図2に基づいて証明する。
の回折面24aとが平行な状態を基準としてミラー25
の反射面25aの角度θを定義し、回折格子24の回折
角βとすると、θ=βとなる。
ラ−25までの距離Aは、 A=r・sin θ−L2 ……(1) と表され、外部共振器長L(θ)は、 L(θ)=L1+A=L1+r・sin θ−L2 ……(2) と表される。
(θ)は、 λ(θ)=(d/m)・(sin α+sin θ) ……(3) となる。ここで、dは回折格子の回折定数、mは回折次
数である。
件は、2L(θ)=q・λ(θ)と表されるから、 q=2・L(θ)/λ(θ) ……(4) となり、ここで、θ=0のときの波長をλ(0)とする
と、式(2)〜式(4)は、それぞれ L(0)=L1−L2 ……(5) λ(0)=(d/m)・sin α ……(6) q=2・L(0)/λ(0) ……(7) となる。
数q(0)は、 q(0)=2・(L1−L2)/〔(d/m)・sin α)〕 ……(8) となり、θ≠0のときの外部共振器の共振次数q(θ)
は、 q(θ) =2・(L1+r・sin θ−L2)/〔(d/m)・(sin α+sin θ)〕 ……(9) となる。
振次数のみで外部共振するためには波長およびθによら
ず常にq(0)=q(θ)が成立すればよい。
次数のみで外部共振し、モードホップのない状態で、回
折格子24の全反射光または半導体レーザ22の他方の
出射端面22bからの出射光の波長を連続可変できる。
れているとすれば、ミラ−25の回動中心線Rの位置に
応じて距離L2を設定することで、回動中心線Rを平面
H1上で従来の回動中心線の位置より回折格子24寄り
の任意の位置に設定することができ、光学系の設計上の
自由度が格段に広がる。
動中心線Rの位置を従来のリトマン型のものに比べて回
折格子寄りに配置できるので装置全体を小型化でき、し
かも、共振器長を短くすることができる。このため、外
部共振の波長間隔を広げることができ、隣接する外部共
振モードに対する回折格子のフィルタの分解能に余裕が
できる。
中心の位置を従来のものより回折格子寄りに設定する場
合について説明したが、図3に示す波長可変光源30の
ように、ミラー25を一端36a側で支持しているアー
ム36の他端36bの軸37を従来のものより遠い位置
に設定することも可能である。
長した平面H3が、回動中心線Rより遠い位置で平面H
1と交わるように設定する。
ン型の波長可変光源の光学系の配置条件を満足していな
いが、次式を満足するように各部が配置されているた
め、モードホップのない状態で波長の連続可変が可能で
ある。 r=(L1+L2)/sin α
明する。前記同様にミラー25の反射面25aと回折格
子24の回折面24aとが平行な状態を基準としてミラ
ー25の反射面25aの角度θを定義し、回折格子24
の回折角βとするとθ=βとなり、回折格子24の光軸
入射点Gからミラ−25までの距離Aは、 A=r・sin θ+L2 ……(1′) と表される。
前記式(3)のとおり、 λ(θ)=(d/m)・(sin α+sin θ) ……(3) となり、外部共振器によって共振する波長条件は、2L
(θ)=q・λ(θ)と表されるから、前記式(4)の
とおり、 q=2・L(θ)/λ(θ) ……(4) となる。
すると、式(2′)、式(3)、式(4)は、それぞれ L(0)=L1+L2 ……(5′) λ(0)=(d/m)・sin α ……(6) q=2・L(0)/λ(0) ……(7) となる。
数q(0)は、 q(0)=2・(L1+L2)/〔(d/m)・sin α〕 ……(8′) となり、θ≠0のときの外部共振器の共振次数q(θ)
は、 q(θ) =2・(L1+L2+r・sin θ)/〔(d/m)・(sin α+sin θ)〕 ……(9′) となる。
の共振次数のみで外部共振するためには、波長およびθ
によらず常にq(0)=q(θ)が成立すればよい。
次数のみで外部共振し、モードホップのない状態で波長
の連続可変が可能となる。
の位置に対して距離L2を設定することで、回動中心線
Rを平面H1上で従来の回動中心線の位置より遠い任意
の位置に設定することができ、設計上の自由度が極めて
高くなる。
射面が単一の平面鏡型のミラー25を用いていたが、図
5の(a)に示すコーナーミラー40のように2つの反
射面40a、40bを有するものや、図5の(b)に示
すコーナーキューブプリズム41のように3つの反射面
41a〜41cを有する反射体を用いてもよい。なお、
このように複数の反射面を有する反射体を用いた場合、
実効的な反射面(前記計算上での反射面)は実際の反射
面より遠い位置となる。
光源は、反射体の回動中心の位置が、回折格子の回折面
を延長した平面H1上にあり、且つ反射体の反射面を延
長した平面H3上に含まれない位置に設けられていると
ともに、反射体の回動中心の位置から回折格子に入射す
る光の光軸入射点Gまでの距離r、光軸入射点Gから半
導体レーザまでの実効光路長L1、反射体の回動中心か
ら反射体の反射面を延長した平面H3までの距離L2お
よび回折格子に対する光の入射角αとの間に、次の関
係、 r=(L1+L2)/sin α または r=(L1−L
2)/sin α が成り立つようにしている。
格子の回折面を延長した平面上の任意の位置に設けるこ
とができ、光学系の設計上の自由度が格段に広がる。
寄りに設定したものでは、装置を小型化でき、共振器長
を短くすることができ、回折格子による波長選択特性に
余裕が生じてモードホップがさらに生じにくくなる。
反射体の回動によって波長を可変する外部共振器型の波
長可変光源において、光学系の配置に自由度を持たせ、
また、共振器長を短くするための技術に関する。
変光源のうち、リトマン型の呼ばれるものでは、図4に
示すように、半導体レーザ1の一方の出射端面1a(低
反射面)から出射された光をコリメータ2によって平行
光に変換して回折格子3に入射し、回折格子3の回折光
をミラー4によって逆光路で反射して半導体レーザ1に
戻すように構成されており、固定された回折格子3に対
してミラー4を所定位置を中心に回動させて回折格子3
とミラー4との間の光路長を変化させることで、半導体
レーザ1に対する外部共振器長を可変し、回折格子3の
全反射光または半導体レーザ1の他方の出射端面1bか
らの出射光の波長を可変している。
格子3の回折面3aを延長した平面H1と半導体レーザ
1の屈折率を考慮した半導体レーザ1の実効共振端面を
延長した平面H2とが交わって形成される交線R(図面
に垂直な線)をミラー4の回動中心線とし、ミラー4の
反射面4aを延長した平面H3がこの回動中心線Rを含
むように設定することによって、モードホップを生じさ
せずに波長を連続的に可変できるようにしたものであ
る。
た従来の波長可変光源では、ミラーの回動中心線Rの位
置が1点に限定されてしまい、光学系の設計上での自由
度が全く無く、例えば、他の機能を実現する光学系をこ
の波長可変光源とともに実装する場合に大きな制限を受
ける。
とができず、隣接する外部共振モードに対する回折格子
のフィルタの分解能に余裕がないという問題があった。
動中心線の位置に自由度を持たせることができ、共振器
長を短くすることができる波長可変光源を提供すること
を目的としている。
に、本発明の波長可変光源は、ベース(21)と、該ベ
ース上に固定され少なくとも一方の光出射面が低反射で
ある半導体レーザ(22)と、前記ベース上に固定され
前記半導体レーザの前記低反射面からの出射光を平行光
に変換するコリメータ(23)と、前記ベース上に固定
され前記コリメータによって平行光に変換された光を回
折する回折格子(24)と、前記回折格子からの回折光
を受ける位置で移動可能に配置され該回折光を前記回折
格子に逆光路で反射して前記半導体レーザに戻す反射体
(25)と、該反射体を前記ベース上の所定位置を中心
に回動させて移動させる反射体回動手段(26、27、
28)とを備えた外部共振器型の波長可変光源におい
て、前記反射体回動手段による前記反射体の回動中心と
なる前記所定位置が、前記回折格子の回折面を延長した
平面H1に含まれ、且つ該平面H1と前記半導体レーザ
の実効共振端面を延長した平面H2とが交わる位置より
前記回折格子側に設けられ、前記回折格子の回折面を延
長した平面H1と前記反射体の反射面を延長した平面H
3とが、前記反射体の回動中心となる前記所定位置と前
記回折格子の間で交わるように設定されているととも
に、前記反射体の回動中心となる前記所定位置から前記
回折格子に入射する光の光軸入射点Gまでの距離r、該
光軸入射点Gから前記半導体レーザまでの実効光路長L
1、前記反射体の回動中心となる前記所定位置から該反
射体の反射面を延長した平面H3までの距離L2および
前記回折格子に対する光の入射角αとの間に次の関係 r=(L1−L2)/sin α が成り立つようにしている。
施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態の波長可
変光源20の構成を示している。
な上面21aの所定位置には半導体レーザ22が固定さ
れている。
射面22aは低反射であり、この低反射の光出射面22
aからベース21の上面21aに平行に出射された光
は、ベース21上に固定されたコリメータ23に入射さ
れ、平行光に変換されてベース21の上面21aに平行
に出射される。
ス21上に固定された回折格子24の回折面24aに入
射角αで入射される。なお、回折格子24は、回折面2
4aおよび回折面24aに設けられている刻線(図示せ
ず)がベース21の上面21aに垂直となるように固定
されている。
体として平面鏡型のミラー25がその反射面25aを回
折面24aに対向させるように配置されている。このミ
ラー25は、回折格子24からの回折光を回折格子24
の回折面24aに逆光路で反射して半導体レーザ22へ
戻すためのものである。
の上面21aに垂直となる状態で、回動自在なアーム2
6の一端26a側に支持されている。アーム26は後述
するバネ28および駆動装置29とともにこの実施形態
の反射体回動手段を形成するものであり、その他端26
b側は、軸27によってベース21上の所定位置で回動
自在に支持されている。
26の一端26a側を回折格子24から離間させる方向
に付勢するバネ28が掛けられており、ベース21上の
アーム26の一端側26a近傍には、アーム26の一端
26a側を押し引きして、回折格子24に対するミラー
25の角度および距離を可変させる駆動装置29が設け
られている。
25の回動中心線Rは、半導体レーザ22から出射され
てコリメータ23、回折格子24およびミラー25に至
る光の光軸Ca、Cbによって形成される平面を延長し
た光路基準面(ベース21の上面21aに平行な面)に
垂直で、回折格子24の回折面24aを延長した平面H
1上にあるが、この平面H1と半導体レーザ22の屈折
率を考慮した実効共振端面を延長した平面H2とが交わ
る位置R′よりも回折格子24寄りに設けられている。
の反射面25aを延長した平面H3に含まれておらず、
前記リトマン型の波長可変光源の光学系の配置条件を満
たしていない。
では、図2に示しているように、回折格子24に入射す
る光の光軸入射点Gから回動中心線Rまでの距離をr、
光軸入射点Gから半導体レーザ21の実効共振端面H2
までの距離(実効光路長)をL1、回動中心線Rからミ
ラー25の反射面25aを延長した平面H3に降ろした
垂線RPの長さ(回動中心Rから平面H3までの距離)
をL2としたとき、次式、 r=(L1−L2)/sin α を満足するように各部が配置されているため、モードホ
ップのない状態で波長の連続可変が可能である。
よる補正がないとすれば、光軸入射点Gから半導体レー
ザの反射端までの実際の距離に、 (N1−1)・U1+(N2−1)・U2 を加えたものである。ただし、N1はコリメータの屈折
率、U1はコリメータの光通過長、N2は半導体レーザ
の屈折率、U2は半導体レーザの光通過長である。
可変が可能であることを、図2に基づいて証明する。
の回折面24aとが平行な状態を基準としてミラー25
の反射面25aの角度θを定義し、回折格子24の回折
角βとすると、θ=βとなる。
ラ−25までの距離Aは、 A=r・sin θ−L2 ……(1) と表され、外部共振器長L(θ)は、 L(θ)=L1+A=L1+r・sin θ−L2 ……(2) と表される。
(θ)は、 λ(θ)=(d/m)・(sin α+sin θ) ……(3) となる。ここで、dは回折格子の回折定数、mは回折次
数である。
件は、2L(θ)=q・λ(θ)と表されるから、 q=2・L(θ)/λ(θ) ……(4) となり、ここで、θ=0のときの波長をλ(0)とする
と、式(2)〜式(4)は、それぞれ L(0)=L1−L2 ……(5) λ(0)=(d/m)・sin α ……(6) q=2・L(0)/λ(0) ……(7) となる。
数q(0)は、 q(0)=2・(L1−L2)/〔(d/m)・sin α)〕 ……(8) となり、θ≠0のときの外部共振器の共振次数q(θ)
は、 q(θ) =2・(L1+r・sin θ−L2)/〔(d/m)・(sin α+sin θ)〕 ……(9) となる。
振次数のみで外部共振するためには波長およびθによら
ず常にq(0)=q(θ)が成立すればよい。
次数のみで外部共振し、モードホップのない状態で、回
折格子24の全反射光または半導体レーザ22の他方の
出射端面22bからの出射光の波長を連続可変できる。
れているとすれば、ミラ−25の回動中心線Rの位置に
応じて距離L2を設定することで、回動中心線Rを平面
H1上で従来の回動中心線の位置より回折格子24寄り
の任意の位置に設定することができ、光学系の設計上の
自由度が格段に広がる。
動中心線Rの位置を従来のリトマン型のものに比べて回
折格子寄りに配置できるので装置全体を小型化でき、し
かも、共振器長を短くすることができる。このため、外
部共振の波長間隔を広げることができ、隣接する外部共
振モードに対する回折格子のフィルタの分解能に余裕が
できる。
射面が単一の平面鏡型のミラー25を用いていたが、図
3の(a)に示すコーナーミラー40のように2つの反
射面40a、40bを有するものや、図3の(b)に示
すコーナーキューブプリズム41のように3つの反射面
41a〜41cを有する反射体を用いてもよい。なお、
このように複数の反射面を有する反射体を用いた場合、
実効的な反射面(前記計算上での反射面)は実際の反射
面より遠い位置となる。
光源は、反射体の回動中心の位置が、回折格子の回折面
を延長した平面H1上にあり、且つその平面H1と半導
体レーザの実効共振端面を延長した平面H2とが交わる
位置より回折格子側に設けられ、回折格子の回折面を延
長した平面H1と反射体の反射面を延長した平面H3と
が、反射体の回動中心位置と回折格子の間で交わるよう
に設定されているとともに、反射体の回動中心の位置か
ら回折格子に入射する光の光軸入射点Gまでの距離r、
光軸入射点Gから半導体レーザまでの実効光路長L1、
反射体の回動中心から反射体の反射面を延長した平面H
3までの距離L2および回折格子に対する光の入射角α
との間に、次の関係r=(L1−L2)/sin αが成り
立つようにしている。
格子の回折面を延長した平面上の任意の位置に設けるこ
とができ、光学系の設計上の自由度が格段に広がる。
の回折面を延長した平面H1と半導体レーザの実効共振
端面を延長した平面H2とが交わる位置より回折格子側
に設けたので、装置を小型化でき、共振器長を短くで
き、回折格子による波長選択特性に余裕が生じてモード
ホップがさらに生じにくくなる。
Claims (2)
- 【請求項1】ベース(21)と、該ベース上に固定され
少なくとも一方の光出射面が低反射である半導体レーザ
(22)と、前記ベース上に固定され前記半導体レーザ
の前記低反射面からの出射光を平行光に変換するコリメ
ータ(23)と、前記ベース上に固定され前記コリメー
タによって平行光に変換された光を回折する回折格子
(24)と、前記回折格子からの回折光を受ける位置を
移動可能に配置され該回折光を前記回折格子に逆光路で
反射して前記半導体レーザに戻す反射体(25)と、該
反射体を前記ベース上の所定位置を中心に回動させて移
動させる反射体回動手段(26、27、28)とを備え
た外部共振器型の波長可変光源において、 前記反射体回動手段による前記反射体の回動中心となる
前記所定位置が、前記回折格子の回折面を延長した平面
H1に含まれ、且つ前記反射体の反射面を延長した平面
H3から外れた位置に設けられているとともに、 前記反射体の回動中心となる前記所定位置から前記回折
格子に入射する光の光軸入射点Gまでの距離r、該光軸
入射点Gから前記半導体レーザまでの実効光路長L1、
前記反射体の回動中心となる前記所定位置から該反射体
の反射面を延長した平面H3までの距離L2および前記
回折格子に対する光の入射角αとの間に、次の関係、 r=(L1+L2)/sin α または r=(L1−L
2) が成り立つようにしたことを特徴とする波長可変光源。 - 【請求項2】前記反射体は、前記回折格子からの回折光
を複数の反射面によって該回折格子へ反射することを特
徴とする請求項1記載の波長可変光源。
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