JP2006010499A - Wavelength determination device and wavelength determination method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、外部共振器型半導体レーザを含むレーザ・システムに関し、より詳しくは、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を検出する波長判定装置、および波長判定方法に関する。 The present invention relates to a laser system including an external resonator type semiconductor laser, and more particularly to a wavelength determination device and a wavelength determination method for detecting the wavelength of laser light emitted from an external resonator type semiconductor laser.
近年、レーザ・システムは、小型でかつ低消費電力である等の理由から、情報機器に多く使われるようになってきた。たとえば、ホログラフィックデータストレージ(HDS:Holographic Data Storage)については、シングルモード・レーザが用いられる。HDSは、1本のレーザ光をビームスプリッタで2本に分けた後に記録メディア上で再び合わせ、その干渉によってデータを記憶する。 In recent years, laser systems have been widely used in information equipment because of their small size and low power consumption. For example, a single mode laser is used for holographic data storage (HDS). In the HDS, one laser beam is divided into two by a beam splitter and then recombined on a recording medium, and data is stored by the interference.
このような、ホログラム記録再生用の光源としては、シングルモードの光源であるガスレーザやSHGレーザが用いられることが多い。しかしながら、マルチモード発振である、レーザ・ダイオード(LD)のような半導体レーザでも、これを外部共振器と組み合わせることによってシングルモード化することができ、ホログラム記録再生用の光源として使用することが可能である。 As such a light source for hologram recording / reproduction, a gas laser or SHG laser which is a single mode light source is often used. However, even a semiconductor laser such as a laser diode (LD), which is multimode oscillation, can be made into a single mode by combining it with an external resonator, and can be used as a light source for hologram recording / reproduction. It is.
ここで、従来の代表的な外部共振型半導体レーザを含むリットロー型のレーザ・システムの構成を、図23を参照して説明する。図23は、レーザ・システム300の平面図である。このレーザ・システム300の構成は、非特許文献1に記載されたレーザ・システムの構成と同様のものである。
Here, a configuration of a Littrow type laser system including a conventional typical external cavity semiconductor laser will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a plan view of the laser system 300. The configuration of the laser system 300 is the same as the configuration of the laser system described in Non-Patent
レーザ・システム300では、レーザ・ダイオード301のような半導体レーザ素子から出射された縦多モードのレーザ光(発振光)がレンズ302によって平行に集められ、グレーティング(回折格子)303に入射される。グレーティング303は、入射した光の1次回折光を出力する。グレーティング303の配置角度に応じて特定の波長の1次回折光が、レンズ302を介してレーザ・ダイオード301に逆注入される。この結果、レーザ・ダイオード301が、注入された1次回折光に共振してシングルモードの光(矢印Fによって表された0次光)を出射するようになり、その光の波長は、グレーティング303から戻ってきた光の波長と同じになる。
In the laser system 300, longitudinal multimode laser light (oscillation light) emitted from a semiconductor laser element such as a laser diode 301 is collected in parallel by a
この例では、ネジ305をピエゾ素子と組み合わせて、微妙なグレーティング303の角度を調整している。
In this example, the delicate angle of the
次に、図24のグラフを参照して、図23で説明したような外部共振器型のレーザ・システムから出力されるレーザ光のレーザパワーと波長の関係を説明する。図24に示すグラフの横軸はレーザパワーを示し、単位はmWである。一方、グラフの縦軸は波長を表しており、単位はnmである。図24から分かるように、レーザ光のレーザパワーの増加に伴って、レーザ光の波長は、概ね、のこぎり状の変化を示す。 Next, with reference to the graph of FIG. 24, the relationship between the laser power and the wavelength of the laser light output from the external resonator type laser system as described in FIG. 23 will be described. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 24 indicates the laser power, and the unit is mW. On the other hand, the vertical axis of the graph represents the wavelength, and the unit is nm. As can be seen from FIG. 24, as the laser power of the laser light increases, the wavelength of the laser light generally shows a saw-like change.
外部共振器型のレーザ・システムでは、レーザパワーの増加に伴って射出されたレーザ光の波長が徐々に大きくなる外部共振器モードホップの領域と、レーザパワーが増加した場合に、射出されたレーザ光の波長が急激に小さくなる、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域が存在する。このように、レーザ光の波長は、レーザパワーの増加に伴い、ある程度離散的に推移する。 In the external cavity type laser system, the region of the external cavity mode hop where the wavelength of the emitted laser light gradually increases as the laser power increases, and the laser emitted when the laser power increases There is a mode hop region due to the laser chip in the semiconductor laser, where the wavelength of light rapidly decreases. As described above, the wavelength of the laser light changes discretely to some extent as the laser power increases.
また、たとえば、レーザパワーが30mW付近では単一の波長のレーザ光が射出されて完全なシングルモードとなっているが、レーザパワーが32mW付近では、3つのモード(3モード)の光が発生している。さらに、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域にあたる、レーザパワーが35mWの付近においては、波長409.75nm付近で3モードの光が発生し、さらに波長409.715nm付近で3モードの光が発生し、全体として6モードの光が射出されている。 Also, for example, when the laser power is around 30 mW, a single wavelength laser beam is emitted and becomes a complete single mode, but when the laser power is around 32 mW, light of three modes (three modes) is generated. ing. Further, when the laser power in the vicinity of the mode hop by the laser chip in the semiconductor laser is about 35 mW, three-mode light is generated in the vicinity of a wavelength of 409.75 nm, and further, three-mode light is generated in the vicinity of a wavelength of 409.715 nm. As a whole, 6-mode light is emitted.
これらのレーザ光をHDSに用いる場合、レーザパワーが32mW付近で生じるような3モードの光や、2モードの光は、完全なシングルモードの光と同等の記録再生特性を示すので、シングルモードの光と同様に使用することができる。ここでは、たとえば、レーザパワーが30mW付近で発生するような完全なシングルモードと、たとえば、レーザパワーが32mW付近で生じるような3モードや2モードを総称して使用可能モードと呼ぶことにする。 When these laser lights are used for HDS, the three-mode light and the two-mode light that are generated when the laser power is around 32 mW exhibit the same recording / reproduction characteristics as the single-mode light. Can be used in the same way as light. Here, for example, a complete single mode in which the laser power is generated in the vicinity of 30 mW and a three mode or two mode in which the laser power is generated in the vicinity of 32 mW are collectively referred to as usable modes.
一方、たとえば、レーザパワーが35mW付近で生じるような6モード状態は、2つの3モードの組が、互いに約40pm(0.04nm)程度離れているために、良好なホログラム記録を実現することができない。ここでは、このようなモードを使用不可モードと呼ぶことにする。たとえば、使用可能モードでM/#が6.5のホログラムメディアに対して、使用不可モードのレーザ光を用いて記録を行うと、M/#は2.5に劣化してしまう。 On the other hand, for example, in a 6-mode state in which the laser power is generated in the vicinity of 35 mW, two sets of 3 modes are separated from each other by about 40 pm (0.04 nm), so that excellent hologram recording can be realized. Can not. Here, such a mode is referred to as an unusable mode. For example, when recording is performed using a laser beam in an unusable mode on a hologram medium having an M / # of 6.5 in the usable mode, M / # deteriorates to 2.5.
使用可能モードのレーザ光が得られる領域は、上述の、外部共振器モードホップの領域にほぼ対応し、使用不可モードのレーザ光が得られる領域は、上述の、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域にほぼ対応する。図24のグラフから分かるように、一般的には、使用可能モードのレーザ光が得られる領域の方が、使用不可モードのレーザ光が得られる領域よりはるかに広いので、使用不可モードのレーザ光を効果的に排除できれば、HDSに外部共振器型半導体レーザを用いることは十分可能である。 The region where the usable mode laser light can be obtained substantially corresponds to the above-mentioned external cavity mode hop region, and the region where the unusable mode laser light can be obtained is the mode described above by the laser chip in the semiconductor laser. Almost corresponds to the hop area. As can be seen from the graph of FIG. 24, in general, the region in which the usable mode laser light is obtained is much wider than the region in which the unusable mode laser light is obtained. If this can be effectively eliminated, it is sufficiently possible to use an external cavity semiconductor laser for HDS.
また、図24に示すような、レーザパワーとレーザ光の波長の関係は、外部共振器型半導体レーザ内の温度によって変動する。たとえば、外部共振器型半導体レーザの半導体レーザの温度が一定でないと、使用不可モードとなるレーザパワーの位置が変化する。したがって、従来より、この外部共振器型半導体レーザ内の温度を、ほぼ一定に保ち(たとえば、10mK内の変動に抑え)、使用不可モードのレーザ光が得られる領域が変動しないようにしたうえで、その領域に属するレーザパワーの使用を回避するという手法がとられている。 Also, as shown in FIG. 24, the relationship between the laser power and the wavelength of the laser light varies depending on the temperature in the external cavity semiconductor laser. For example, if the temperature of the semiconductor laser of the external resonator type semiconductor laser is not constant, the position of the laser power at which the unusable mode is changed. Therefore, conventionally, the temperature in the external cavity semiconductor laser is kept almost constant (for example, suppressed within 10 mK), and the region where the laser beam in the unusable mode can be obtained is not changed. The technique of avoiding the use of the laser power belonging to that region has been taken.
しかしながら、上述した従来の手法により、使用不可モードのレーザ光が射出されないよう外部共振器型半導体レーザを制御するためには、外部共振器型半導体レーザ内の温度を、ほぼ一定に保ったうえで、レーザパワーを制御する必要があり、レーザ・システムの構造や制御が複雑なものとなる。 However, in order to control the external resonator type semiconductor laser so that the unusable mode laser beam is not emitted by the conventional method described above, the temperature in the external resonator type semiconductor laser is kept substantially constant. Therefore, it is necessary to control the laser power, and the structure and control of the laser system become complicated.
また、波長の検出結果を利用して、外部共振器型半導体レーザのレーザパワーを制御する方法も考えられるが、従来の波長検出装置は非常に大きく、高価なものであり、HDS等の用途には適合しない。 A method of controlling the laser power of the external cavity semiconductor laser using the wavelength detection result is also conceivable, but the conventional wavelength detection device is very large and expensive, and is used for applications such as HDS. Does not fit.
またさらに、外部共振器型半導体レーザでは、グレーティングの設置角度を変えることによって、射出されるレーザ光の波長を、たとえば数nm変化させることができ、そのように波長の変化したレーザ光においてそれぞれ、レーザパワーの変動による波長の微細な変化(たとえば、0.04nmの範囲の変化)が現れる。そのため、使用不可モードのレーザ光と、使用可能モードのレーザ光を、数nmの範囲の波長にわたって判定することができるレーザ・システムが必要となるが、現在、そのような機能を有するものは提案・開発されていない。 Furthermore, in the external resonator type semiconductor laser, the wavelength of the emitted laser light can be changed, for example, several nm by changing the installation angle of the grating, and in the laser light having such a wavelength changed, A minute change in wavelength (for example, a change in the range of 0.04 nm) due to a change in laser power appears. Therefore, there is a need for a laser system that can determine unusable mode laser light and usable mode laser light over a wavelength in the range of several nanometers. Currently, a laser system having such a function is proposed.・ Not developed.
したがって、この発明の目的は、簡単な構造を用いて外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を、数nmといった比較的広い範囲に亘って検出・判定する波長判定装置、および波長判定方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wavelength determination device that detects and determines the wavelength of a laser beam emitted from an external cavity semiconductor laser using a simple structure over a relatively wide range of several nm, and a wavelength. It is to provide a determination method.
また、この発明のさらなる目的は、上記のような波長の検出結果に基づいて、レーザパワーを所定のレベルに制御し、ひいては、使用不可モードのレーザ光の使用を回避する波長判定装置、および波長判定方法を提供することにある。 A further object of the present invention is to control the laser power to a predetermined level based on the detection result of the wavelength as described above, and thus to avoid the use of the laser beam in the unusable mode, and the wavelength It is to provide a determination method.
この発明の第1の実施態様は、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第1方向に関して異なる光強度分布を有する第1反射光を射出する第1反射手段と、第1反射手段からの第1反射光の光強度を、少なくとも2つの受光位置で検出する第1光検出手段と、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第2方向に関して異なる光強度分布を有する第2反射光を射出する第2反射手段と、第2反射手段からの第2反射光の光強度を、少なくとも2つの受光位置で検出する第2光検出手段と、第1光検出手段の、少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第1差分値として求め、第2光検出手段の、少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第2差分値として求め、第1差分値および第2差分値に基づいて、レーザ光の波長の判定を行う波長判定手段とを有し、第1光検出手段および第2光検出手段は、それぞれ第1反射光と第2反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出するように構成された波長判定装置である。 According to a first embodiment of the present invention, a first reflection that receives at least a part of a laser beam emitted from an external cavity semiconductor laser and emits a first reflected light having a different light intensity distribution with respect to a first direction. Means, first light detecting means for detecting the light intensity of the first reflected light from the first reflecting means at at least two light receiving positions, and at least part of the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser. A second reflecting means for receiving and emitting a second reflected light having a different light intensity distribution with respect to the second direction; and a second reflecting means for detecting the light intensity of the second reflected light from the second reflecting means at at least two light receiving positions. The difference value of the detection signal at the at least two light receiving positions of the two light detection means and the first light detection means is obtained as the first difference value, and the difference value of the detection signal at the at least two light reception positions of the second light detection means. The Two difference values, and wavelength determining means for determining the wavelength of the laser light based on the first difference value and the second difference value, and the first light detecting means and the second light detecting means are respectively The wavelength determination device is configured to detect light intensities with different sensitivities according to the difference in light intensity distribution between the first reflected light and the second reflected light.
また、この発明の第2の実施態様は、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第1方向に関して異なる光強度分布を有する第1反射光を射出する第1反射手段からの第1反射光の光強度を、少なくとも2つの受光位置で検出する第1光検出ステップと、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第2方向に関して異なる光強度分布を有する第2反射光を射出する第2反射手段からの第2反射光の光強度を、少なくとも2つの受光位置で検出する第2光検出ステップと、第1光検出ステップで検出された、少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第1差分値として求め、第2光検出ステップで検出された、少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第2差分値として求め、第1差分値および第2差分値に基づいて、レーザ光の波長の判定を行う波長判定ステップとを有し、第1光検出ステップおよび第2光検出ステップは、それぞれ第1反射光と第2反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出するように構成された波長判定方法である。 According to a second embodiment of the present invention, a first reflected light having at least a part of a laser beam emitted from an external cavity semiconductor laser and receiving a different light intensity distribution with respect to the first direction is emitted. A first light detecting step for detecting the light intensity of the first reflected light from one reflecting means at at least two light receiving positions; and at least a part of the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser; A second light detecting step for detecting the light intensity of the second reflected light from the second reflecting means for emitting the second reflected light having different light intensity distributions in the two directions at at least two light receiving positions; The difference value of the detection signal at the at least two light receiving positions detected in the step is obtained as the first difference value, and the detection signal at the at least two light receiving positions detected in the second light detection step A wavelength determination step of determining a difference value as a second difference value and determining a wavelength of the laser beam based on the first difference value and the second difference value, and a first light detection step and a second light detection step. Is a wavelength determination method configured to detect light intensities with different sensitivities according to the difference in light intensity distribution between the first reflected light and the second reflected light.
この発明に係る波長判定装置、および波長判定方法によって、簡単な構造を用いて外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を、数nmといった比較的広い範囲にわたって検出・判定することができる。また、このような検出結果に基づいて、半導体レーザのレーザパワーを制御し、レーザ光が、使用不可モードの波長となることを回避することができる。 The wavelength determination apparatus and the wavelength determination method according to the present invention can detect and determine the wavelength of laser light emitted from an external cavity semiconductor laser using a simple structure over a relatively wide range of several nm. it can. Further, based on such a detection result, the laser power of the semiconductor laser can be controlled so that the laser beam can be prevented from having an unusable mode wavelength.
この発明は、オプティカルウェッジのような反射手段を複数用いて、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を、数nmといった、比較的広い範囲にわたって検出・判定し、必要に応じて、その検出結果に基づき、半導体レーザのパワーを制御しようとするものである。 The present invention uses a plurality of reflecting means such as an optical wedge to detect and determine the wavelength of laser light emitted from an external cavity semiconductor laser over a relatively wide range such as several nm, and if necessary Based on the detection result, the power of the semiconductor laser is to be controlled.
この発明の具体的な形態について説明する前に、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を検出する、簡単な構造のレーザ・システムについて説明する。 Before describing specific embodiments of the present invention, a laser system having a simple structure for detecting the wavelength of laser light emitted from an external cavity semiconductor laser will be described.
最初に、当該レーザ・システムや、この発明の波長判定装置で用いられるオプティカルウェッジについて説明する。オプティカルウェッジとは、両面のなす角が数十分程度のガラス板である。これにレーザ光を約45度傾けて入射すると、ガラス板の表面と裏面で反射した光が干渉縞を形成する。 First, the optical wedge used in the laser system and the wavelength determination device of the present invention will be described. An optical wedge is a glass plate whose angle between both surfaces is about several tens of minutes. When laser light is incident on this at an angle of about 45 degrees, the light reflected by the front and back surfaces of the glass plate forms interference fringes.
図1は、オプティカルウェッジ1にレーザ光3が入射された様子を示す略線図である。レーザ光3は、オプティカルウェッジ1で反射し、曇りガラス2に入射する。オプティカルウェッジ1は、図1に示す座標のz軸方向に進むにつれて、厚さdが小さくなるように形成されている。z軸方向は、図1の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。また、x軸方向は、オプティカルウェッジ1の表面1aおよび裏面1bに平行でかつy軸と垂直な方向であり、y軸方向は、x軸とz軸に直行する方向である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which a
図2は、図1のような状況の場合に、曇りガラス2で観察することができる干渉縞の例を示す略線図である。レーザ光3は、オプティカルウェッジ1の表面1aで反射して曇りガラス2に入射するとともに、オプティカルウェッジ1の裏面1bで反射して曇りガラス2に入射するため、光路差が生じ、その結果、図2のような干渉縞10が発生する。図2では、それぞれの干渉縞10が、z軸とほぼ垂直の方向に発生するように示されているが、必ずしもこのような方向に発生するとは限らない。収差等の影響によって、z軸に垂直な方向とは、かなり異なる角度で干渉縞10が発生する場合もある。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of interference fringes that can be observed with the
後で説明するように、上記レーザ・システムでは、図2に示された干渉縞10を人間が肉眼で見る必要はないので、曇りガラス2はこの発明に必須の構成要素ではない。上記レーザ・システムでは、干渉縞10の検出に、少なくとも2つのディテクタを用いる。
As will be described later, in the above laser system, since it is not necessary for the human eye to see the
ここで、オプティカルウェッジについてさらに詳細に説明を行う。図3に示すような、1本のレーザ中の光線A、Bがオプティカルウェッジ1に入射する場合を考える。ここで、オプティカルウェッジ1は、図1に示すものと同様であり、図に示すz軸方向に進むにつれて、オプティカルウェッジ1の厚さdが小さくなるように形成されている。
Here, the optical wedge will be described in more detail. Consider a case in which light rays A and B in one laser are incident on the
光線Aは、オプティカルウェッジ1の表面1aで反射して光線Cとなり、光線Bは、オプティカルウェッジ1の裏面1bで反射して、やはり光線Cとなるとする。このとき、光線Aと光線Bの光路差を求め、それを使って光線Cでの位相差を計算する。まず、Snellの法則より、以下の式1の関係が成り立つ。
sinθ/sinθ’=n ・・・(式1)
一方、Lgの長さは、以下の式2で表される。
Lg=2d*tanθ’*sinθ ・・・(式2)
また、光線Bが、オプティカルウェッジ1内を通過する距離Lpは、以下の式3で表される。
Lp=2(Lp/2)=2(d/cosθ’)=2d/cosθ’ ・・・(式3)
The light beam A is reflected by the
sin θ / sin θ ′ = n (Expression 1)
On the other hand, the length of Lg is expressed by the following
Lg = 2d * tan θ ′ * sin θ (Expression 2)
Further, the distance Lp through which the light beam B passes through the
Lp = 2 (Lp / 2) = 2 (d / cos θ ′) = 2 d / cos θ ′ (Expression 3)
ここで、Lp’を、Lpの光学距離とすると、Lp’は以下の式4で表される。
Lp’=2nd/cosθ’ ・・・(式4)
Lp’とLgの光路差△Lは、以下の式5となる。
△L=Lp’−Lg=2nd/cosθ’−2d*tanθ’*sinθ=2d(n/cosθ’−sinθ*tanθ’) ・・・(式5)
△Lによる位相差△δは、以下の式6で表される。
△δ=2π*△L/λ+π ・・・(式6)
ただし、πは反射時の位相変化のために付加されている。
ここで、光強度Iは、以下の式7となる。
I=2(1+cos△δ) ・・・(式7)
ここで、重要でないファクタ「2」を除くと、光強度Iは、「1+cos△δ」と近似できる。
Here, when Lp ′ is an optical distance of Lp, Lp ′ is expressed by the following
Lp ′ = 2nd / cos θ ′ (Formula 4)
The optical path difference ΔL between Lp ′ and Lg is expressed by the following
ΔL = Lp′−Lg = 2nd / cos θ′−2d * tan θ ′ * sin θ = 2d (n / cos θ′−sin θ * tan θ ′) (Formula 5)
The phase difference Δδ due to ΔL is expressed by the following
Δδ = 2π * ΔL / λ + π (Formula 6)
However, π is added for the phase change at the time of reflection.
Here, the light intensity I is expressed by
I = 2 (1 + cosΔδ) (Expression 7)
Here, the light intensity I can be approximated to “1 + cos Δδ”, except for an unimportant factor “2”.
図3に示すオプティカルウェッジ1は、x軸に沿って見ると、先端部15が角度(ウエッジ角)αで構成されるくさび型をしており、この様子が図4に示されている。しかしながら、オプティカルウェッジ1は、先端部15までを有している必要はなく、通常は、先細の先端部分を含まない、およそ台形の形状で構成される。また、図4に示すように、オプティカルウェッジ1の厚さdは、z軸座標における変位zの関数となり、以下の式8のように表される。ここで、zは、z軸上における、先端部15からの距離である。
d=z*tanα ・・・(式8)
When the
d = z * tan α (Expression 8)
オプティカルウェッジ1は、入射される光の波長、光が入射されるオプティカルウェッジ1の位置(図4に示すオプティカルウェッジ1の先端部15からz軸方向への距離(z))等により異なった干渉縞を発生させる。
The
ここで、オプティカルウェッジ1に入射される光は、外部共振器型半導体レーザからのレーザ光であり、図5に示すように、レーザパワーの変化に応じてのこぎり状の波長変化をするものとする。なお、これは、図24に示したグラフと同様の波長変化を概略的に表したものである。すなわち、レーザパワーの増加に伴って波長が約410.00nmから約410.04nmまで変化するが、レーザパワーがたとえば、23mWや35mW付近になると、急激に波長が変化して、410.00nmに戻り、この変化を周期的に繰り返す。また、この急激な変化が生じる際には、410.00nm付近の波長の光と410.04nm付近の波長の光とが混在して、ホログラム記録等には適さない光(使用不可モードの光)となる。
Here, the light incident on the
図6は、波長λ1の光と波長λ2の光が入射されるオプティカルウェッジ1の位置に応じて、反射光の強度がどのように変化するかを示すグラフであり、縦軸は相対的な光強度を表し、横軸はオプティカルウェッジ1の先端部15からの距離、すなわち、図4に示すオプティカルウェッジ1の先端部15からz軸方向への距離(z)を表している。
FIG. 6 is a graph showing how the intensity of the reflected light changes according to the position of the
また、この例において、オプティカルウェッジ1については、屈折率n=1.5、入射角θ=45度、オプティカルウェッジ1のウエッジ角α=0.01度、波長λ1は410.00nm、波長λ2は41.04nmとする。
In this example, for the
図6は、波長λ1の光と波長λ2の光を、オプティカルウェッジ1の先端部15から3mm程度までの間に照射した場合の、反射光の強度の変化を表している。この場合、2つの波長λ1と波長λ2が非常に近接しており、さらに、それらの光がオプティカルウェッジ1の先端部15に近い部分に照射されているため、光路差もきわめて小さい。したがって、波長λ1の光の反射光の強度を表す曲線21と波長λ2の光の反射光の強度を表す曲線22は、ほぼ同一の周期的に変化する曲線となり、干渉縞は重なってはっきり見えることになる。
FIG. 6 shows a change in the intensity of reflected light when the light of wavelength λ1 and the light of wavelength λ2 are irradiated between the
図7は、図6と同様に、オプティカルウェッジ1に入射した光の反射光の強度がどのように変化するかを示すものであるが、光の入射する位置が、オプティカルウェッジ1の先端部15から1000mm(1m)付近である場合について示したものである。オプティカルウェッジ1の先端部15からの距離が約1mといっても、1mの長さのオプティカルウェッジが必要なわけではない。上述のように、先端部15から1m付近の部分を台形に切り出して形成されるので、オプティカルウェッジ自体の大きさは小さくすることが可能である。
FIG. 7 shows how the intensity of the reflected light of the light incident on the
この場合、オプティカルウェッジ1の先端部15から約1mの位置では、オプティカルウェッジ1の厚さdがかなり大きく、これによって、λ1とλ2の波長差0.04nmが蓄積され、曲線21と曲線22のわずかな位相差が生じてくる。しかしながら、位相差が小さいため、それぞれの場合に観察される縞模様はほとんど変わらない。
In this case, at a position of about 1 m from the
これは、波長λ1の光と、波長λ2の光を個別に照射して実験した結果であるが、この結果をもとに、図4に示すような、のこぎり状の波長変化を繰り返す光が、このオプティカルウェッジ1に照射されたと仮定する。ここで、上記波長変化における波長の下限はλ1であるとし、上限はλ2であるとする。そうすると、最初は、波長λ1の光の反射光による曲線21が現れる。その後、半導体レーザのレーザパワーを増加していくと、波長はλ1からλ2に徐々に変化して曲線22に近づく。その後、さらにレーザパワーを増加していくと、曲線21と曲線22の両方が存在する状態となり、その後、波長λ1の光の反射光による曲線21のみとなる。これ以降、レーザパワーの増大に伴って、上記のような干渉縞の変化(すなわち、光の強度分布)が周期的に観察されることになる。
This is the result of experimenting by individually irradiating light of wavelength λ1 and light of wavelength λ2, and based on this result, light that repeats a sawtooth wavelength change as shown in FIG. It is assumed that the
また、図7に示す状態で、ウエッジ角αを大きくすると、曲線21と曲線22の周期がどちらも小さくなり、同じ距離における縞の数が、図7に示すものより多くなる。このように、光を照射するオプティカルウェッジの位置や、ウエッジ角α等を調整することによって、干渉縞の間隔(光強度分布の周期)等をコントロールすることが可能となる。
Further, when the wedge angle α is increased in the state shown in FIG. 7, both the periods of the
次に、図8を参照して、前述した外部共振器型半導体レーザからのレーザ光をオプティカルウェッジ1に照射した場合に発生する干渉縞を、2分割ディテクタ32で受光する場合について考える。図8は、光の入射する位置が、オプティカルウェッジ1の先端部15から3000mm(3m)付近である場合の干渉縞を表している。図8の上部は、オプティカルウェッジ1の表面と裏面で反射した光に対応する曲線30を示すグラフである。グラフの横軸は、図3に示すz軸に対応し、縦軸は、干渉縞を構成する光の光量(光強度)を示す。この曲線30は、ある波長のレーザ光を例に取ったものであるが、外部共振器型半導体レーザ内の半導体レーザに提供するレーザパワーを変化させれば波長が変化し、それに応じて、曲線30の位相が変化する。図8の下部には、2分割ディテクタ32内のディテクタ32Aとディテクタ32Bが示されており、その位置において、曲線30で示された光の光量をそれぞれ検出する。
Next, with reference to FIG. 8, a case will be considered where interference fringes generated when the
曲線30で示された光のうち、光量の小さい部分は、領域31として示されており、この部分は、干渉縞(縞模様)の暗く見える部分に対応する。ここで、図8に示した曲線30は、波長が、たとえば、410.02nmのレーザ光を入射した場合のものであり、ディテクタ32Aとディテクタ32Bは、このときに、合計で最大の光量を受光するように位置調整されている。曲線30で示された光の位相は、上述のように、オプティカルウェッジ1に入射する光の波長が410.00nmから410.04nmまで変化すると、それに伴って変化し、上述の位置に設置されたディテクタ32Aとディテクタ32Bの受光光量も徐々に変化する。
Of the light indicated by the
また、ここで、ディテクタ32Aとディテクタ32Bの検出結果の差を求めることにより、プッシュプル値が求められ、これが図9に示されている。
Here, the push-pull value is obtained by obtaining the difference between the detection results of the
ただし、図9は、各波長の光が、単独でオプティカルウェッジ1の所定の位置zに照射された場合である。しかしながら、たとえば、図5に示すように、急激な波長の変化が生じる場合は、約410.00nmの波長(λ1)の光と約410.04nmの波長(λ2)の光とが混在しており、それぞれの波長に対応する光がほぼ逆相であるような場合には、干渉縞は現れず、上記プッシュプル値は0に近い値となる。
However, FIG. 9 is a case where the light of each wavelength is irradiated to the predetermined position z of the
なお、プッシュプル値は、通常、光ディスクのトラッキング制御に用いられるものであり、このプッシュプル値を示すプッシュプル信号に基づいて、ピックアップがプッシュまたはプルされる。このレーザ・システムでは、プッシュプル信号に基づいて、所定の構成要素がプッシュまたはプルされるものではないが、差信号としての共通性から、便宜的にこの用語を用いるものとする。 Note that the push-pull value is usually used for tracking control of an optical disc, and the pickup is pushed or pulled based on a push-pull signal indicating the push-pull value. In this laser system, a predetermined component is not pushed or pulled based on the push-pull signal, but this term is used for convenience because of the commonality as a difference signal.
また、こうして求められたプッシュプル値は、光量の増減によっても変化してしまうので、和信号を用いてノーマライズすることが望ましい。このようにノーマライズされたプッシュプル値と波長の関係が、図10に表されている。 Further, since the push-pull value obtained in this way also changes depending on the increase or decrease in the amount of light, it is desirable to normalize using the sum signal. The relationship between the push-pull value thus normalized and the wavelength is shown in FIG.
このように、上述のレーザ・システムにおいては、このプッシュプル値を算出することによって、それに対応する波長、すなわち、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を把握することできる。 As described above, in the above-described laser system, by calculating the push-pull value, the corresponding wavelength, that is, the wavelength of the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser can be grasped.
また、前述のように、ほぼ逆相のレーザ光が混在するような状態では、z軸に対して光量の変化が小さく、干渉縞ははっきりと現れない。上述の例では、波長が410.02nmの場合と、波長410.00nmと波長410.04nmが混在する場合には、2つのディテクタの検出結果の差がほとんど0となる。しかしながら、こうしたプッシュプル値の遷移を把握し、所定のしきいを設けて判定を行うことにより、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を検出・判定することができる。 Further, as described above, in a state where almost opposite phase laser beams are mixed, the change in the amount of light with respect to the z axis is small, and interference fringes do not appear clearly. In the above example, when the wavelength is 410.02 nm and when the wavelength 410.00 nm and the wavelength 410.04 nm are mixed, the difference between the detection results of the two detectors is almost zero. However, it is possible to detect and determine the wavelength of the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser by grasping such a transition of the push-pull value and making a determination with a predetermined threshold.
次に、このレーザ・システムの構成について説明する。図11に示したレーザ・システム51は、ビームスプリッタ52、およびオプティカルウェッジ53、さらに2分割ディテクタ54、およびレーザ制御部55を備える。レーザ・システム51のビームスプリッタ52は、外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光を受光する。外部共振器型半導体レーザ50は、たとえば、リットロー型のブルーレーザである。ビームスプリッタ52を通過した光56は、たとえばHDSに使用される。
Next, the configuration of this laser system will be described. A
ビームスプリッタ52で反射した光57は、外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光の10%以下が望ましく、発振モードをモニタするために使用される。逆に、ビームスプリッタ52で反射する光をHDSとして用い、ビームスプリッタ52を通過する光をモニタ用としてもよい。ただし、この場合でも、モニタ用に使用する光は、外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光の10%以下が望ましい。これは単に、HDSのような、レーザ光の本来の目的に、より多くのパワーを配分するためである。
The light 57 reflected by the
オプティカルウェッジ53は、ビームスプリッタ52で反射した光57が約45度の角度で入射するように配置される。オプティカルウェッジ53の厚さdが徐々に薄くなっていく方向は図中に示したz軸方向である。z軸方向は、図の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。オプティカルウェッジ53の表面と裏面で反射した光58は、2分割ディテクタ54によって受光される。2分割ディテクタ54は、隣接する2つの独立したディテクタを有する。干渉縞をモニタする2分割ディテクタ54内の2つのディテクタは、発生した干渉縞とほぼ垂直の方向に並んで配置される。干渉縞は、z軸に対して垂直の方向に発生するとは限らないので、上記2つのディテクタは、z軸方向に並んで配置されるとは限らない。
The
レーザ制御部55は、2分割ディテクタ54の出力を元に、外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光の波長を把握し、使用不可モードのレーザ光が射出されないように、外部共振器型半導体レーザ50の半導体レーザに供給するレーザパワーを決定する。レーザ制御部55については、後で詳細に説明する。
The
また、図11に示す例では、外部共振器型半導体レーザ50の外部にレーザ・システム51を配置しているが、レーザ・システム51を外部共振器型半導体レーザ50内に組み込むこともできる。
In the example shown in FIG. 11, the
次に、図12を参照して、ビームスプリッタ52を通過した光56がどのようにしてHDSに利用されるかを簡単に説明する。図12には、シングルモードのレーザ光源を用いてホログラム記録再生を行うホログラム記録再生システム60の構成が示されている。
Next, how the light 56 that has passed through the
ホログラムの記録および再生は、シングルモード・レーザの光源を使用して、参照光と信号光をホログラム記録メディアに照射することによって行われる。 Hologram recording and reproduction are performed by irradiating the hologram recording medium with reference light and signal light using a light source of a single mode laser.
レーザ光源61は、ここでは、図11に示した外部共振器型半導体レーザ50とレーザ・システム51を含むものに対応し、レーザ光源61から射出されたレーザ光70は、図11に示した光56に対応する。ホログラムの記録においては、所定の最適な時間だけ、所定のパワーのレーザ光をホログラム記録メディアに照射する必要があるが、そのような制御は、外部共振器型半導体レーザ50内の半導体レーザに提供する電流(電圧)を制御することによって可能となる。また、レーザ光源61の隣にシャッターを設け、そのシャッターによってレーザ光を照射するタイミングを制御するように構成してもよい。
Here, the laser light source 61 corresponds to the one including the external
レーザ光源61から射出されたレーザ光70は、ビームエキスパンダ62に向けて射出され、そこでビーム径の拡大されたレーザ光71となる。レーザ光71は次に、ビームスプリッタ63に入射し、2つのレーザ光に分けられる。
The
直進したレーザ光72は、ミラー64で反射され、さらにレンズ65で集光され、参照光としてホログラム記録メディア69に照射される。他方のレーザ光73は、液晶素子等で構成される空間変調器66で変調された信号光74となる。信号光74は、ミラー67で反射され、記録用レンズ68で集光され、ホログラム記録メディア69上に照射される。このとき、信号光74は、参照光72がホログラム記録メディア69上に照射される場所と同じ場所に照射され、これにより、ホログラム記録メディア69にホログラムパターンが記録される。
The straightly traveling
このようなホログラム記録再生システム60では、ホログラム記録メディア69の同一領域を用いて多重記録・再生が可能である。ホログラム記録メディア69に対して異なる入射角度の参照光を用いてホログラムを記録すれば、それぞれのホログラムは、記録時と同じ入射角度の参照光によって再生される。空間変調器66では、複数画素を有する液晶素子が用いられるが、それぞれの信号光74に対して異なる透過・遮蔽パターンの画素を用意することによって、ホログラム記録メディア69に所望のデータを多重記録することができる(角度多重)。
In such a hologram recording / reproducing system 60, multiplex recording / reproduction can be performed using the same area of the
次に、このレーザ・システム51のレーザ制御部55の構成を、図13を参照して説明する。レーザ制御部55は、2分割ディテクタ54と外部共振器型半導体レーザ50内の半導体レーザ94に接続される。また、レーザ制御部55は、NS判定回路91、レーザパワー補正回路92、半導体レーザ駆動回路93を含む。
Next, the configuration of the
レーザ制御部55のNS判定回路91には、2分割ディテクタ54のディテクタ54Aとディテクタ54Bが入射光のレーザパワーに応じて出力するそれぞれの電流が提供される。そこで、NS判定回路91は、ディテクタ54Aの出力とディテクタ54Bの出力との差(差信号)、および和(和信号)を求める。次に、ノーマライズした差信号(以降、これをNSと呼ぶことにする)を求める。NSは、以下の式9によって求めることができる。
NS=差信号/和信号 ・・・(式9)
The NS determination circuit 91 of the
NS = difference signal / sum signal (Equation 9)
その後、NSの値を、前もって設定した範囲と比較し、NSの値がその範囲内の値であればディジタル値1を、NSの値が範囲外となっていればディジタル値0を出力する。設定範囲は、たとえば、−0.4から0.4の間とする。前述の図10の例では、NS(ノーマライズされたプッシュプル値)の値が、0.5に近づいた場合に、不安定な使用不可モードとなり、波長の急激な変化が生じることが認められるからである。ただし、上記のようなしきい値は、ディテクタの位置や、オプティカルウェッジからの反射光の変化特性に応じて適宜調整することができる。このようなしきい値を用いることによって、外部共振器モードホップの領域で発生する波長の光が、外部共振器型半導体レーザに含まれる半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域で発生する波長の光に遷移する境界を判定することができ、結果的に使用不可モードのレーザ光の射出を回避することができる。
Thereafter, the NS value is compared with a preset range, and if the NS value is within the range, the
NS判定回路91の出力が0である場合、レーザパワー補正回路92は、半導体レーザ駆動回路93に、半導体レーザ94のレーザパワーを変えるよう指示する。たとえば、最初に、半導体レーザ94のレーザパワーが33mWとなるようにし、NS判定回路91で0が出力されるたびに、レーザパワーを3mW下げる制御とレーザパワーを3mW上げる制御とを交互に繰り返すようにする。
When the output of the NS determination circuit 91 is 0, the laser
半導体レーザ駆動回路93は、APC(Auto Power Control)を行う回路として既知のものであり、ここでは、これを流用することができる。
The semiconductor
このような半導体レーザ94に関するフィードバック制御によって、動的に使用可能モードになるよう半導体レーザ94のレーザパワーをコントロールすることができる。このことは、たとえば、外部共振器型半導体レーザ50や半導体レーザ94の温度コントロールを行わない(あるいは、厳密な温度コントロールを行わない)ために、半導体レーザ94の温度が変化して使用不能モードとなるレーザパワーに近づいた場合でも、自動的に使用可能モードへの復帰が実現される。
By such feedback control regarding the semiconductor laser 94, the laser power of the semiconductor laser 94 can be controlled so as to dynamically enter the usable mode. This is because, for example, the temperature control of the external resonator
上述の例では、レーザパワー補正回路92は、NS判定回路91の出力に応じて、レーザパワーを約10%変化させるよう制御を行う(たとえば、33mWを30mWに、または、30mWを33mWに変更する)が、この程度のレーザパワーの変化は、HDSの用途については問題とならない。HDSでは、ホログラム記録メディアへの照射パワーではなく、照射エネルギー(レーザパワー×記録時間)が問題となるので、レーザパワーが10%減少した場合は、記録時間を約11%(1/0.9=1.111)増加させればよいことになる。また、レーザパワー補正回路92の仕様を変更して、変化幅をより小さくしてもよい。
In the above example, the laser
また、レーザパワーを徐々に増加させてホログラム記録を行うような場合は、NS判定回路91の出力が0となった場合、レーザパワー補正回路92は、半導体レーザ駆動回路93に、通常の規則的なレーザパワー増加ルーチンとは別に、半導体レーザ94のレーザパワーを数mW(たとえば、1ないし3mW程度)上げるよう指示し、波長が不安定となる使用不可モードをスキップするように制御することができる。
Further, in the case where hologram recording is performed by gradually increasing the laser power, when the output of the NS determination circuit 91 becomes 0, the laser
たとえば、外部共振器型半導体レーザからのレーザ光が、レーザパワーの増加によって図5のような変化をすると仮定すると(この時、半導体レーザの温度変化による波長の変化はないものとする)、最初に約18mWのレーザパワーを提供することによって410.02nmのレーザ光が射出され、それがレーザパワーの増加とともに、大きな波長となり、410.04nmに接近する。そうすると、2つのディテクタの検出結果から計算されたNSが−0.4以下となって、波長の不安定となる領域が近づいているという判断がされ、レーザパワー補正回路92は、半導体レーザ駆動回路93に、半導体レーザ94のレーザパワーを数mW一気に上げるよう指示する。その結果、24mW付近の領域はスキップされ、レーザ光は、安定した、410.00nmを少し越えた波長となる。
For example, assuming that the laser light from an external cavity semiconductor laser changes as shown in FIG. 5 due to an increase in laser power (assuming that there is no change in wavelength due to temperature change of the semiconductor laser). By providing a laser power of about 18 mW, a 410.02 nm laser beam is emitted, which increases with increasing laser power and approaches 400.04 nm. Then, it is determined that NS calculated from the detection results of the two detectors is −0.4 or less and the region where the wavelength becomes unstable is approaching, and the laser
その後、レーザパワーが徐々に増加して35mWに近づくと、再び、2つのディテクタの検出結果から計算されたNSが−0.4以下となって、波長の不安定となる領域が近づいているという判断がされ、レーザパワー補正回路92は、半導体レーザ駆動回路93に、半導体レーザ94のレーザパワーを一気に数mW上げるよう指示する。その結果、35mW付近の領域はスキップされ、レーザ光は、安定した、410.00nmを少し越えた波長となり、以降、同様の制御が繰り返される。
After that, when the laser power gradually increases and approaches 35 mW, the NS calculated from the detection results of the two detectors becomes −0.4 or less, and the region where the wavelength becomes unstable is approaching. The laser
上述したレーザ制御部55内の各回路は、CPUおよびメモリを含むマイコンによる制御によって実現することもできる。この場合、各回路の動作は、メモリにロードされたプログラムによってコントロールされる。そのプログラムは必要に応じて変更することが可能であり、CD−ROMのような可搬型記録媒体やネットワークを経由して、マイコン内の記録装置やメモリに記録させることができる。
Each circuit in the
次に、上記レーザ・システム51の変形例について説明する。図14に示したレーザ・システム101は、ビームスプリッタ102、オプティカルウェッジ103、2分割ディテクタ104、レーザ制御部105、およびディテクタ106を備える。
Next, a modified example of the
レーザ・システム51と比べると、ディテクタ106が追加になっている。オプティカルウェッジ103の厚さdが小さくなる方向は、レーザ・システム51と同様である。この例では、オプティカルウェッジ103を透過した光110を、総光量の代わりに用いることができる。たとえば、ディテクタ106で検出された結果を、上述した式9の分母である和信号として用いたり、半導体レーザ駆動回路93でAPCを行う際の信号として用いることができる。
Compared to the
ここで、オプティカルウェッジの具体的な構成について、図15を参照して説明する。図9および図10に示すようなプッシュプル値は、図15に示すオプティカルウェッジ120が用いられている。このとき、2つのディテクタの幅はそれぞれ0.2mmである。ここで、図15に示す、x軸、y軸、z軸方向は、たとえば、図11に示すx軸、y軸、z軸方向に対応する。オプティカルウェッジ120のウエッジ角αは0.01度であり、z軸方向の長さは10.0mmである。オプティカルウェッジ120のy軸方向の長さ(厚さ)は、一方の端部から他方に向かって(z軸方向に沿って)徐々に小さくなり、最も小さい端部におけるy軸方向の長さ(板厚)は、0.5mmである。ウエッジ角αは、オプティカルウェッジ120の2つの反射面121、122をそれぞれ延長した平面のなす角である。
Here, a specific configuration of the optical wedge will be described with reference to FIG. For the push-pull values as shown in FIGS. 9 and 10, the
上述した、図11に示す外部共振器型半導体レーザ50の波長変動幅は、図5に示すように0.04nm(410.00nmから410.04nm)であったが、仮に、波長変動が0.12nmであるとすると、410.00nmにおけるプッシュプル値(差信号)は、410.12nmにおけるプッシュプル値と同じになり、両者を区別することができない。これは、干渉縞に周期性があるためである。しかしながら、このような場合でも、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚を変更することにより、410.00nmから410.12nmの範囲において、それぞれ異なるプッシュプル値をとるように調整することができる。
The wavelength variation range of the external
ところで、通常、HDSでは、単一の波長を用いるが、複数の波長を用いて波長多重を行う方法がある(一方、前述の多重方法は角度多重である)。たとえば、ホログラム材料のある1カ所に、410.00nmの波長で記録し、次に410.10nmで記録し、というぐあいに、0.10nmごとに414.00nmまで多重記録する。この場合、ホログラム材料の同一場所に41回の波長多重記録が可能となる。しかしながら、この方法は、未だに実用化されていない。 By the way, normally, HDS uses a single wavelength, but there is a method of performing wavelength multiplexing using a plurality of wavelengths (in contrast, the aforementioned multiplexing method is angle multiplexing). For example, recording is performed at a certain location of the hologram material at a wavelength of 410.00 nm, then at 410.10 nm, and in other words, multiplex recording is performed every 0.10 nm up to 414.00 nm. In this case, 41 times of wavelength multiplex recording is possible at the same location of the hologram material. However, this method has not been put into practical use yet.
この方法が実用化されていない主要な理由のひとつは、波長を容易に変えられる半導体レーザがないことであったが、波長変更が可能な半導体レーザ(チューナブル・レーザ)も開発が進んでおり、上述のような波長多重が実現される日も近い。 One of the main reasons why this method has not been put to practical use is that there is no semiconductor laser that can easily change the wavelength, but development of a semiconductor laser that can change the wavelength (tunable laser) is also progressing. The day when the wavelength multiplexing as described above is realized is also near.
なお、このように波長変更が可能な半導体レーザにおける波長変更の方法は、外部共振器型半導体レーザの構成部品であるグレーティングの角度を変えることによって行われる。この態様について、図16を参照して説明する。 The wavelength changing method in the semiconductor laser capable of changing the wavelength in this way is performed by changing the angle of the grating, which is a component of the external resonator type semiconductor laser. This aspect will be described with reference to FIG.
図16は、外部共振器型半導体レーザの構成部品であるグレーティング130、レンズ131、および半導体レーザ132を示している。グレーティング130は、半導体レーザ132からレーザ光133を受光すると、様々な波長の1次光134(134A、134B、134C等)を射出し、ちょうど半導体レーザ132に戻る1次光の波長でシングルモードとなり、0次光135がグレーティング130から外部に射出される。
FIG. 16 shows a grating 130, a
ここで、たとえば、グレーティング130を回転軸136を中心に矢印方向に(動的に)回転させることによって、グレーティング130が半導体レーザ132からのレーザ光を受光する角度を変えると、半導体レーザ132に入射する1次光134の波長が変化し、グレーティング130から外部に射出されるレーザ光135の発振波長を変えることができる。また、このような波長変更がされた後も、図5に示したような微細な波長変動は生じる。たとえば、グレーティング130を回転軸136を中心に回転させることによって、411.00nmのレーザ光が射出されるように調整されている場合に、レーザパワーを変えると、その波長を含む0.04nmの波長幅の中で、レーザ光の波長が変動する。
Here, for example, when the angle at which the
したがって、このような、グレーティングの回転によって動的な波長変更が可能な外部共振器型半導体レーザを有するレーザ・システムでは、たとえば、4nmといった、比較的大きい変動幅でレーザ光の波長を変動させることができる。この場合においても、前述したレーザ・システムについて、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚を変更することにより、これらの波長幅にわたって波長を検出するように構成することができる。しかしながら、このような構成のレーザ・システムでは、波長検出の精度が粗すぎて、射出されるレーザ光が使用可能モードであるか、使用不可モードであるかの判別をするような用途には適さない。 Therefore, in such a laser system having an external cavity semiconductor laser capable of dynamically changing the wavelength by rotating the grating, the wavelength of the laser beam can be varied with a relatively large fluctuation range, for example, 4 nm. Can do. Even in this case, the laser system described above can be configured to detect the wavelength over these wavelength widths by changing the wedge angle α or the plate thickness of the optical wedge. However, the laser system having such a configuration is not suitable for an application in which the wavelength detection accuracy is too coarse and it is determined whether the emitted laser light is in a usable mode or an unusable mode. Absent.
そこで、この発明では、光検出器を2つ備えて2段構成とし、一方がnmオーダーで波長検出を行い、他方が0.01nmオーダーで波長検出を行うようにする。すなわち、2つの光検出器が、それぞれ異なる感度で光強度を検出することによって、広い波長範囲にわたって、精度の高い波長検出を行おうとするものである。図17には、この発明の波長判定装置を含むレーザ・システムの構成が示されている。 Therefore, in the present invention, two photodetectors are provided to have a two-stage configuration, one of which performs wavelength detection on the order of nm, and the other performs wavelength detection on the order of 0.01 nm. In other words, the two photodetectors detect the light intensity with different sensitivities, thereby performing highly accurate wavelength detection over a wide wavelength range. FIG. 17 shows the configuration of a laser system including the wavelength determination device of the present invention.
図17に示すレーザ・システム200は、図11に示したものと同様の外部共振器型半導体レーザ50、および波長判定装置201からなる。波長判定装置201は、第1検出器202と第2検出器203とを有し、第1検出器202は、オプティカルウェッジ204と2分割ディテクタ206を備える。第2検出器203も第1検出器202と同様の構成であり、オプティカルウェッジ205と2分割ディテクタ207を備える。波長判定装置201はさらに、レーザ制御部208を備え、第1検出器202の出力と第2検出器203の出力を受信する。また、ここで、z軸方向は、図17の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。また、x軸方向は、それぞれのオプティカルウェッジの反射面に平行でかつy軸と垂直な方向であり、y軸方向は、x軸とz軸に直行する方向である(y軸に沿ったオプティカルウェッジの厚さが板厚である)。
A
第1検出器202は、外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光の波長をnmのオーダーで測定できるが、精度よく(たとえば、0.01nmのオーダーで)検出するのは難しく、0.01nmのオーダーで変化する使用可能モードと使用不可モードの判定を行うことはできない。一方、第2検出器203は、0.01nmのオーダーで外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光の波長を測定できるが、前述のように、波長が0.12nm異なるレーザ光を区別することができない。
The
第2検出器203では、図15で示した構造と同様のオプティカルウェッジ205を用い、2分割ディテクタ207も、図11で示した2分割ディテクタ54と同様のものを使用する。ここで、それぞれのディテクタの幅は、たとえば0.2mmである。このような構成を採用することにより、前述のように、0.01nmのオーダーで波長検出ができる。
In the
一方、第1検出器202では、外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光の波長が、4nm変化した場合の縞模様の変化を、第2検出器203において外部共振器型半導体レーザ50からのレーザ光の波長が0.04nm変化した場合と同じになるように、オプティカルウェッジ204のウエッジ角αや板厚等を調整する。
On the other hand, in the
具体的には、オプティカルウェッジ204のウエッジ角αを、図15のオプティカルウェッジ120と同じく0.01度とする。また、入射光の波長が4nm変化したときの干渉縞の移動量が、第2検出器203のオプティカルウェッジ205で0.04nm変化したときの干渉縞の移動量とほぼ同じになるように、オプティカルウェッジ204の板厚を、オプティカルウェッジ205の板厚の1/100としている。これは、0.04nm/4nm=1/100の比による。
Specifically, the wedge angle α of the
なお、この例では、オプティカルウェッジ204で、4nm変化したときの干渉縞の移動量は、オプティカルウェッジ205で0.04nm変化したときの干渉縞の移動量とほぼ同じになるように調整されているが、これは、各オプティカルウェッジで反射した光の光強度分布の周期がほぼ同じであることを示している。しかしながら、この移動量(すなわち、光強度分布の周期)が厳密に同じである必要はない。対応する2分割ディテクタによって、プッシュプル値を適切に検出できる限り、これらを、異なる周期となるように調整してもよい。したがって、2つのオプティカルウェッジの反射光の周期については、一定の範囲の差が許容される。また、この例では、2つのオプティカルウェッジで、100倍の違いがある波長範囲(4nmと0.04nm)について、同様の干渉縞の移動態様となるように調整しているが、使用するレーザ光の波長範囲や検出の必要性に鑑み、どのような差の波長範囲についても、同様の干渉縞を生成するように、2つのオプティカルウェッジ等を調整可能である。たとえば、数倍から10倍、数十倍といった差を有する波長範囲を対象とすることもできる。
In this example, the movement amount of the interference fringe when the
オプティカルウェッジ204の板厚(厚さが小さい方の板厚)は、前述の1/100の比より、0.5mm/100=5μmとなる。このことは、図6ないし図8から分かるように、オプティカルウェッジの板厚が小さい部分にレーザ光が入射されると、板厚の大きな場合に比べて、そのレーザ光の波長の変化に対する縞模様の変位の度合いが小さいという現象を利用するものである。また、ここで、板厚の調整は、実際には、オプティカルウェッジのウエッジ角αの先端部分からどれくらい離れた位置にレーザ光を受光するかを調整することに他ならない。先端部分は、オプティカルウェッジの2つの反射面を延長した平面が(仮想的に)交差する部分である。 The thickness of the optical wedge 204 (thickness of the smaller thickness) is 0.5 mm / 100 = 5 μm from the ratio of 1/100 described above. As can be seen from FIGS. 6 to 8, when a laser beam is incident on a portion where the optical wedge has a small plate thickness, a stripe pattern corresponding to a change in the wavelength of the laser beam compared to a case where the plate thickness is large. This utilizes the phenomenon that the degree of displacement is small. In this case, the adjustment of the plate thickness is actually an adjustment of how far the laser light is received from the tip portion of the wedge angle α of the optical wedge. The tip portion is a portion where a plane obtained by extending the two reflecting surfaces of the optical wedge intersects (virtually).
ただし、オプティカルウェッジ204を、このような薄い構造とすると、耐久性が低下する危険性がある。そこで、この発明の一実施形態においては、図18に示すようなオプティカルウェッジ204を用いる。ここでは、図18のような構造の反射手段についても、便宜上、オプティカルウェッジと呼ぶことにする。
However, if the
図18のオプティカルウェッジ204は、2枚のガラス220を0.01度傾けて併置し、ガラスの内側222の間隔が、最も狭いところで7.5μmとなるようにしたものである。このガラスの内側222が、オプティカルウェッジの2つの反射面に相当する。2枚のガラス220の間には、空隙部223が形成される。2枚のガラス220の間隔は、前述の板厚の5μmに相当するが、この例で7.5μmとしているのは、図15のようなオプティカルウェッジ120では、空隙部223がガラスで構成され、その屈折率が1.5であるのに対し、図18のオプティカルウェッジ204の空隙部223は、空気であるため、その点を考慮して板厚が少し厚めに調整されている。2枚のガラス220の外面221には無反射コーティングがされ、そこでは無用な反射が起きないようにしてある。
The
このようなオプティカルウェッジ204の構成により、2枚のガラスの一方の内側222で反射する光と、他方の内側222で反射する光との間に位相差が生じ、干渉縞が発生する。
With such a configuration of the
こうして、図18のオプティカルウェッジ204は、比較的厚いガラスによって構成されるため、一定の耐久性を確保することができ、使用に際してのリスクを減らすことができる。また、2枚のガラス220の間(たとえば、間隔の最も狭い部分(7.5μm間隔の部分)と間隔の最も広い部分の2カ所)には、適宜スペーサとして任意の材料からなる物体(不図示)を挿入して固定し、ガラス220の間隔を一定に保持するようにすることができる。
In this way, since the
図18のオプティカルウェッジ204によって、波長、約410nmのレーザ光を受光した場合に、上述した第1検出器202の2分割ディテクタ206では、図19のような光強度分布の光(縞模様)が観察される。ここで、2分割ディテクタ206のそれぞれのディテクタの幅は0.2mmであり、2分割ディテクタ206は、オプティカルウェッジ204のウエッジ角αの先端部分からの距離が32mm程度の位置に配置される。ただし、オプティカルウェッジ204のウエッジ角αの先端部分は、前述したように、仮想的な先端である。
When the
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して409nmとなった場合に、2分割ディテクタ206は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は0となる。このように、2分割ディテクタ206を、オプティカルウェッジ204のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、2分割ディテクタ206によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値0.58が波長407nmに対応し、プッシュプル値0が波長409nmに対応し、プッシュプル値−0.58が波長411nmに対応する。
For example, when the wavelength of the laser beam from the tunable laser is changed to 409 nm, the two-divided
次に、別のオプティカルウェッジ204’によって、波長、約410nmのレーザ光を受光した場合の例について説明する。この場合は、第1検出器202の2分割ディテクタ206では、図20のような縞模様が観察される。ここで、オプティカルウェッジ204’のウエッジ角αは0.02度、ガラスの内側222の間隔は、図18に示すように、最も狭いところで7.5μmとなるようにする。また、2分割ディテクタ206のそれぞれのディテクタの幅は0.2mmであり、2分割ディテクタ206は、オプティカルウェッジ204’のウエッジ角αの先端からの距離が16mm程度の位置に配置される。ウエッジ角αが大きくなったことにより、縞の間隔は、ウエッジ角αが0.01度のときより狭くなる(すなわち、周期が短くなる)が、依然として、0.2mm幅のディテクタによって光の波長を区別することが可能である。
Next, an example in which a laser beam having a wavelength of about 410 nm is received by another optical wedge 204 'will be described. In this case, the two-divided
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して409nmとなった場合に、2分割ディテクタ206は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は0となる。このように、2分割ディテクタ206を、オプティカルウェッジ204’のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、2分割ディテクタ206によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値0.58が波長407nmに対応し、プッシュプル値0が波長409nmに対応し、プッシュプル値−0.58が波長411nmに対応する。
For example, when the wavelength of the laser beam from the tunable laser is changed to 409 nm, the two-divided
今度は、さらに別のオプティカルウェッジ204’’によって、波長、約410nmのレーザ光を受光した場合の例について説明する。この場合は、第1検出器202の2分割ディテクタでは、図21のような縞模様が観察される。ここで、オプティカルウェッジ204’’のウエッジ角αは0.03度、ガラスの内側222の間隔は、最も狭いところで12.0μmとなるようにする。2分割ディテクタのそれぞれのディテクタの幅は0.1mmであり(以降、2分割ディテクタ206’と称する)、2分割ディテクタ206’は、オプティカルウェッジ204’’のウエッジ角αの先端からの距離が16mm程度の位置に配置される。ウエッジ角αが大きくなったことにより、縞の間隔はさらに狭くなり、0.2mm幅のディテクタでは、隣の干渉縞の影響を受けて波長を検出できない。そこで、2分割ディテクタ206’を、0.1mm幅のディテクタを備えるように構成すると、適切な波長検出が可能となる。
Next, an example in which a laser beam having a wavelength of about 410 nm is received by another
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して409nmとなった場合に、2分割ディテクタ206’は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は0となる。このように、2分割ディテクタ206’を、オプティカルウェッジ204’’のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、2分割ディテクタ206’によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値0.72が波長407nmに対応し、プッシュプル値0が波長409nmに対応し、プッシュプル値−0.72が波長411nmに対応する。
For example, when the wavelength of the laser beam from the tunable laser is changed to 409 nm, the two-divided
次に、図17に示したレーザ制御部208の詳細について、図22を参照して説明する。レーザ制御部208は、2つの2分割ディテクタ206、207と外部共振器型半導体レーザ50内の半導体レーザ214に接続される。また、レーザ制御部208は、NS判定回路210、レーザパワー補正回路211、および半導体レーザ駆動回路212を含む。
Next, details of the
NS判定回路210は、第1検出器202の2分割ディテクタ206内の2つのディテクタから、それぞれ光量の検出結果を取得し、その差信号と和信号からNSを求める。NSを求める方法は、前述した方法と同様である。第1検出器202では、前述のとおり、たとえば、波長410nmのレーザ光から波長414nmのレーザ光を受けた場合に、縞模様の位置が変位し、2つのディテクタによって得られる光量が変化する。したがって、原則的には、これらのディテクタから求められたNSの値によって、上記波長の1の位を求めることができる。また、入射波長が、たとえば、418nmから422nmまで変化する場合は、波長の1の位と10の位が求められる。
The
また、NS判定回路210は、第2検出器203の2分割ディテクタ207内の2つのディテクタから、それぞれ光量の検出結果を取得し、その差信号と和信号からNSを求める。その後、NSの値を、前もって設定した範囲と比較し、NSの値がその範囲内の値であればディジタル値1を、NSの値が範囲外となっていればディジタル値0を出力する。設定範囲は、たとえば、−0.4から0.4の間であり、これらの処理は、図13に示すNS判定回路91の処理と同じである。
In addition, the
さらに、NS判定回路210は、第2検出器203の2分割ディテクタ207内の2つのディテクタから求められたNSから、入射されたレーザ光の波長の小数点以下第1位の数と、小数点以下第2位の数を求める。この例では、前述したように、波長の1の位や10の位の数は、第1検出器202の2分割ディテクタ206の検出結果から求め、小数点以下の位の数は、第2検出器203の2分割ディテクタ207内の検出結果から求められるが、このように、桁ごとに求める処理は必須ではない。
Further, the
第1検出器202の検出結果により、波長の概略的な値(範囲)を求め、その後、第2検出器203の検出結果により、当該概略的な値をさらに詳細に特定するようにしてもよい。たとえば、入射されうるレーザ光の波長を0.04nm刻みに複数グループに分け、第1検出器202の2分割ディテクタ206の検出結果から、その複数のグループのうち、どのグループに属するかを決定し、その後、第2検出器203の2分割ディテクタ207の検出結果から、その決定されたグループ(0.04nmの幅のグループ)の中のどの波長に相当するかを、0.01nmのオーダーで決定するような手順をとることもできる。
The approximate value (range) of the wavelength may be obtained based on the detection result of the
レーザパワー補正回路211は、NS判定回路210から、波長を表す数字の各桁に関する情報を取得し、その情報からレーザ光の波長を特定する。次に、レーザパワー補正回路211は、特定された波長の情報をもとに、半導体レーザ駆動回路212に所定の制御を行うよう指示し、半導体レーザ駆動回路212は、その指示に基づいて、半導体レーザ214のレーザパワーを変える等の制御を実行する。
The laser
また、レーザパワー補正回路211は、NS判定回路210からディジタル値0を受信した場合、半導体レーザ駆動回路212に、半導体レーザ214のレーザパワーを変えるよう指示する。たとえば、最初に、半導体レーザ214のレーザパワーが33mWとなるようにし、NS判定回路210で0が出力されるたびに、レーザパワーを3mW下げる制御とレーザパワーを3mW上げる制御とを交互に繰り返すようにする。これらの処理は、図13に関連して説明した処理と同様である。
Further, when the
また、半導体レーザ駆動回路212は、APC(Auto Power Control)を行う回路として既知のものであり、ここでは、これを流用することができる。上述したレーザ制御部208内の各回路は、CPUおよびメモリを含むマイコンによる制御によって実現することもできる。この場合、各回路の動作は、メモリにロードされたプログラムによってコントロールされる。そのプログラムは必要に応じて変更することが可能であり、CD−ROMのような可搬型記録媒体やネットワークを経由して、マイコン内の記録装置やメモリに記録させることができる。
The semiconductor
この発明の波長判定装置においては、半導体レーザとしてブルーレーザを例に説明してきたが、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚をさらに変更することによって、これ以外のレーザにも適用することが可能である。また、上述の例では、2枚のガラスを組み合わせてオプティカルウェッジ204を構成したが、このような構造を必須のものとするわけではない。強度が実用的であれば、通常の構成のオプティカルウェッジを用いてもよいし、他の様々な方法によって入射光から所定の縞模様を発生させるようにしてもよい。
In the wavelength determination apparatus of the present invention, the blue laser has been described as an example of the semiconductor laser. However, it can be applied to other lasers by further changing the wedge angle α and the plate thickness of the optical wedge. is there. In the above example, the
この発明で用いるオプティカルウェッジのウエッジ角αはたとえば、0.01度で、2分割ディテクタ内のそれぞれのディテクタは0.2mm幅であるが、この発明の波長判定装置では、そのような条件に限定されるものではなく、様々なバリエーションを考えることができる。また、ウエッジ角αは、2つのオプティカルウェッジ204、205で、異なるように設定してもよい。また、実施例では、第1検出器202がレーザ光を受光した後に、第2検出器203がそのレーザ光を受光するような2段構成になっているが、第1検出器202と第2検出器203の順序を入れ替えることもできるし、第1検出器202と第2検出器203が、個別にレーザ光を受光するように構成することもできる。
The wedge angle α of the optical wedge used in the present invention is, for example, 0.01 degrees, and each detector in the two-divided detector is 0.2 mm wide. However, the wavelength determination device of the present invention is limited to such conditions. Various variations are not conceivable. Further, the wedge angle α may be set to be different between the two
また、この発明の説明では、オプティカルウェッジで反射したレーザ光を2分割ディテクタで受光し、それぞれ光量を検出していたが、2分割ディテクタ以外のディテクタを用いてこの発明を実現することができる。たとえば、2つの独立したディテクタによって、2箇所の光量を検出することができる。また、オプティカルウェッジで反射したレーザ光について、3カ所以上の光量を検知して、波長を判断することができる。 In the description of the present invention, the laser beam reflected by the optical wedge is received by the two-divided detector and the amount of light is detected. However, the present invention can be realized using a detector other than the two-divided detector. For example, the amount of light at two locations can be detected by two independent detectors. In addition, the wavelength of the laser light reflected by the optical wedge can be determined by detecting three or more light quantities.
また、この例では、プッシュプル値を用いて波長の判断を行っているが、これは光ディスクのトラッキングを制御するためのプッシュプル回路を応用したものである。したがって、3スポットトラッキング方法やその他のトラッキング方法を実現する、他の光ディスクのトラッキング回路も流用することが可能である。 In this example, the wavelength is determined using the push-pull value, which is an application of a push-pull circuit for controlling the tracking of the optical disk. Therefore, it is possible to divert the tracking circuit of another optical disc that realizes the three-spot tracking method and other tracking methods.
この発明で使用するディテクタは、たとえばフォトダイオードのような光検出器である。しかしながら、干渉縞をCCD(Charge Coupled Device)のような1次元または2次元のディテクタアレイで受光してもよい。干渉縞は、z軸方向に発生するので、1次元ディテクタを用いる場合は、z軸方向にディテクタを配置する。たとえば、1次元CCDアレイを用いて複数箇所における光量の検出を行うことができる。 The detector used in the present invention is a photodetector such as a photodiode. However, the interference fringes may be received by a one-dimensional or two-dimensional detector array such as a CCD (Charge Coupled Device). Since interference fringes are generated in the z-axis direction, when using a one-dimensional detector, the detector is arranged in the z-axis direction. For example, the amount of light at a plurality of locations can be detected using a one-dimensional CCD array.
さらに、いままで、この発明の外部共振器型半導体レーザにリットロー型を用いるものとして説明してきたが、たとえば、リットマン型のような、他の外部共振器型半導体レーザを用いることもできる。 Furthermore, the external resonator type semiconductor laser of the present invention has been described as being of the Littrow type, but other external resonator type semiconductor lasers such as the Littman type can also be used.
また、この発明においては、一部オプティカルウェッジの使用を前提として実施例を説明しているが、オプティカルウェッジと同等の効果が得られる他の光学部品を用いることもでき、この発明の範囲を、オプティカルウェッジを必ず含むものと限定して解釈すべきではない。 Further, in the present invention, the embodiment has been described on the premise that a part of the optical wedge is used, but other optical components that can obtain the same effect as the optical wedge can also be used. It should not be construed as necessarily including an optical wedge.
たとえば、オプティカルウェッジの代わりに、両面がフラットなガラスを用いた場合、レーザ光がわずかでも拡散光あるいは収束光であれば、オプティカルウェッジと同様に、波長の変化に伴って縞模様が変化する。入射レーザ光と両面がフラットなガラスの角度によって、縞模様の各縞は、ほぼ直線の形状となったり、湾曲した形状となったりする。 For example, when glass with flat surfaces is used instead of the optical wedge, the striped pattern changes with the change of the wavelength, as with the optical wedge, even if the laser light is slightly diffused light or convergent light. Depending on the angle of the incident laser beam and the glass whose both surfaces are flat, each striped stripe has a substantially linear shape or a curved shape.
拡散光あるいは収束光のレーザ光が入射された場合、波面が平面でないため、両面がフラットなガラスが所定の角度で入射光を受光すると、(たとえば、反射光を受光する曇りガラスには)同心円の縞模様が現れる。このときに、波長が変化すると同心円の縞模様は外に広がったり、内側に集まったりする。そこで、フラットなガラスの角度を変えると、(たとえば、同じ位置にある曇りガラスには)同心円の中心から離れた縞模様が現れ、この場合に、各縞が湾曲した縞模様となる。一方、フラットなガラスの角度をさらに調整すると、同心円の中心からさらに離れた縞模様が現れ、この場合に、各縞がほぼ直線の縞模様となる。 When diffused or convergent laser light is incident, the wavefront is not flat, so if glass with flat surfaces receives incident light at a predetermined angle (for example, for frosted glass that receives reflected light), it is concentric. The striped pattern appears. At this time, when the wavelength changes, concentric stripes spread outward or gather inside. Therefore, when the angle of the flat glass is changed, a striped pattern away from the center of the concentric circle appears (for example, in the frosted glass at the same position), and in this case, the striped pattern becomes a curved striped pattern. On the other hand, when the angle of the flat glass is further adjusted, a striped pattern further away from the center of the concentric circle appears, and in this case, each strip becomes a substantially straight striped pattern.
50・・・外部共振器型半導体レーザ、200・・・レーザ・システム、201・・・波長判定装置、202・・・第1検出器、203・・・第2検出器、204,205・・・オプティカルウェッジ、206,207・・・2分割ディテクタ、208・・・レーザ制御部、210・・・NS判定回路、211・・・レーザパワー補正回路、212・・・半導体レーザ駆動回路、214・・・半導体レーザ
DESCRIPTION OF
Claims (28)
前記第1反射手段からの前記第1反射光の光強度を、少なくとも2つの受光位置で検出する第1光検出手段と、
前記外部共振器型半導体レーザから射出される前記レーザ光の少なくとも一部を受光し、第2方向に関して異なる光強度分布を有する第2反射光を射出する第2反射手段と、
前記第2反射手段からの前記第2反射光の光強度を、少なくとも2つの受光位置で検出する第2光検出手段と、
前記第1光検出手段の、前記少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第1差分値として求め、前記第2光検出手段の、前記少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第2差分値として求め、前記第1差分値および前記第2差分値に基づいて、前記レーザ光の波長の判定を行う波長判定手段とを有し、
前記第1光検出手段および前記第2光検出手段は、それぞれ前記第1反射光と前記第2反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出することを特徴とする波長判定装置。 First reflecting means for receiving at least a part of laser light emitted from an external cavity semiconductor laser and emitting first reflected light having a different light intensity distribution with respect to the first direction;
First light detection means for detecting light intensity of the first reflected light from the first reflection means at at least two light receiving positions;
Second reflecting means for receiving at least a part of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser and emitting second reflected light having a different light intensity distribution with respect to the second direction;
Second light detection means for detecting light intensity of the second reflected light from the second reflection means at at least two light receiving positions;
The difference value of the detection signal at the at least two light receiving positions of the first light detection means is obtained as a first difference value, and the difference value of the detection signal at the at least two light reception positions of the second light detection means is calculated as a first difference value. 2 as a difference value, and based on the first difference value and the second difference value, and having a wavelength determination means for determining the wavelength of the laser beam,
The first light detection means and the second light detection means detect light intensities with different sensitivities according to the difference in light intensity distribution between the first reflected light and the second reflected light, respectively. Wavelength determination device.
前記第1反射手段は、前記第1反射光の光強度分布が第1波長範囲にわたり、前記第1方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第2反射手段は、前記第2反射光の光強度分布が前記第1波長範囲より狭い第2波長範囲にわたり、前記第2方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第1反射光の変化の周期と前記第2反射光の変化の周期の差が所定の範囲内であることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
The first reflecting means is configured such that the light intensity distribution of the first reflected light changes periodically along the first direction over a first wavelength range,
The second reflecting means is configured such that the light intensity distribution of the second reflected light changes periodically along the second direction over a second wavelength range narrower than the first wavelength range,
A wavelength determination apparatus, wherein a difference between a change period of the first reflected light and a change period of the second reflected light is within a predetermined range.
前記第1波長範囲の幅は、前記第2波長範囲の幅の少なくとも10倍以上であることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus according to claim 2,
The width of the first wavelength range is at least 10 times greater than the width of the second wavelength range.
前記波長判定手段は、前記第1差分値によって、前記レーザ光の前記波長を概略的な値として特定し、前記第2差分値によって、前記レーザ光の前記波長をより詳細な値として特定することを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
The wavelength determination means specifies the wavelength of the laser light as a rough value by the first difference value, and specifies the wavelength of the laser light as a more detailed value by the second difference value. A wavelength determination device characterized by the above.
前記第1反射手段および前記第2反射手段は、それぞれ2つの反射面を有し、前記2つの反射面のそれぞれの延長平面が所定の角度をなすように構成され、前記それぞれの延長平面が交差する部分から所定の距離だけ離れた位置で前記レーザ光を受光するよう配置され、さらに、
前記第1反射手段および前記第2反射手段の前記所定の角度および前記所定の距離は、前記レーザ光の前記波長を特定することが可能なように、個別に調整されることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
Each of the first reflecting means and the second reflecting means has two reflecting surfaces, each extending plane of the two reflecting surfaces is formed at a predetermined angle, and each extending plane intersects. Arranged to receive the laser beam at a position away from the portion to be a predetermined distance,
The predetermined angle and the predetermined distance of the first reflecting means and the second reflecting means are individually adjusted so that the wavelength of the laser light can be specified. Judgment device.
前記第1反射手段の前記所定の距離は、前記第2反射手段の前記所定の距離より小さいことを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus according to claim 5,
The wavelength determining apparatus according to claim 1, wherein the predetermined distance of the first reflecting means is smaller than the predetermined distance of the second reflecting means.
少なくとも前記第1反射手段および前記第2反射手段のいずれかが、オプティカルウェッジであることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength judgment device according to claim 6,
At least one of the first reflecting means and the second reflecting means is an optical wedge.
前記第1差分値および前記第2差分値が、それぞれ対応する、前記少なくとも2つの受光位置で得られた検出信号の合計値によってノーマライズされていることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
The wavelength determination apparatus according to claim 1, wherein the first difference value and the second difference value are normalized by corresponding total values of detection signals obtained at the at least two light receiving positions, respectively.
前記第1光検出手段および前記第2光検出手段は、それぞれ、1つまたは複数の光検出器を有し、
前記検出信号が、前記1つまたは複数の光検出器によって得られることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
Each of the first light detection means and the second light detection means has one or more light detectors,
The wavelength determination device, wherein the detection signal is obtained by the one or more photodetectors.
前記光検出器がフォトダイオードまたはCCDであることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength judgment device according to claim 9,
The wavelength determination device, wherein the photodetector is a photodiode or a CCD.
前記外部共振器型半導体レーザ内の半導体レーザに提供する電流値を、前記第2差分値に基づき、所定の値だけ増加または減少させる制御手段をさらに備えることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
The wavelength determination apparatus further comprising a control unit that increases or decreases a current value provided to the semiconductor laser in the external cavity semiconductor laser by a predetermined value based on the second difference value.
前記第1反射手段は、前記第2反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成され、または、
前記第2反射手段は、前記第1反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成されることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
The first reflecting means is configured to receive the laser light transmitted through the second reflecting means, or
The wavelength determining apparatus, wherein the second reflecting means is configured to receive the laser light transmitted through the first reflecting means.
前記第1光検出手段の、前記少なくとも2つの受光位置は、前記第1方向と平行な方向に沿って設定され、
前記第2光検出手段の、前記少なくとも2つの受光位置は、前記第2方向と平行な方向に沿って設定されることを特徴とする波長判定装置。 In the wavelength determination apparatus of Claim 1,
The at least two light receiving positions of the first light detection means are set along a direction parallel to the first direction,
The wavelength determination device according to claim 1, wherein the at least two light receiving positions of the second light detection means are set along a direction parallel to the second direction.
前記少なくとも2つの受光位置の間隔は、前記第1反射光と前記第2反射光の光強度分布に応じ、有効な前記第1差分値および前記第2差分値が求められるように調整されることを特徴とする波長判定装置。 The wavelength determination device according to claim 13,
An interval between the at least two light receiving positions is adjusted so that an effective first difference value and second difference value are obtained according to a light intensity distribution of the first reflected light and the second reflected light. A wavelength determination device characterized by the above.
前記外部共振器型半導体レーザから射出される前記レーザ光の少なくとも一部を受光し、第2方向に関して異なる光強度分布を有する第2反射光を射出する第2反射手段からの前記第2反射光の光強度を、少なくとも2つの受光位置で検出する第2光検出ステップと、
前記第1光検出ステップで検出された、前記少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第1差分値として求め、前記第2光検出ステップで検出された、前記少なくとも2つの受光位置における検出信号の差分値を第2差分値として求め、前記第1差分値および前記第2差分値に基づいて、前記レーザ光の波長の判定を行う波長判定ステップとを有し、
前記第1光検出ステップおよび前記第2光検出ステップは、それぞれ前記第1反射光と前記第2反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出することを特徴とする波長判定方法。 The light of the first reflected light from the first reflecting means that receives at least part of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser and emits the first reflected light having a different light intensity distribution with respect to the first direction. A first light detection step for detecting the intensity at at least two light receiving positions;
The second reflected light from the second reflecting means that receives at least a part of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser and emits second reflected light having a different light intensity distribution in the second direction. A second light detection step of detecting the light intensity at at least two light receiving positions;
A difference value between detection signals at the at least two light receiving positions detected at the first light detection step is obtained as a first difference value, and detection at the at least two light reception positions detected at the second light detection step. Obtaining a signal difference value as a second difference value, and determining a wavelength of the laser beam based on the first difference value and the second difference value; and
The first light detection step and the second light detection step detect light intensities with different sensitivities according to the difference in light intensity distribution between the first reflected light and the second reflected light, respectively. Wavelength determination method to be performed.
前記第1反射手段は、前記第1反射光の光強度分布が第1波長範囲にわたり、前記第1方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第2反射手段は、前記第2反射光の光強度分布が前記第1波長範囲より狭い第2波長範囲にわたり、前記第2方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第1反射光の変化の周期と前記第2反射光の変化の周期の差が所定の範囲内であることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
The first reflecting means is configured such that the light intensity distribution of the first reflected light changes periodically along the first direction over a first wavelength range,
The second reflecting means is configured such that the light intensity distribution of the second reflected light changes periodically along the second direction over a second wavelength range narrower than the first wavelength range,
A wavelength determination method, wherein a difference between a change period of the first reflected light and a change period of the second reflected light is within a predetermined range.
前記第1波長範囲の幅は、前記第2波長範囲の幅の少なくとも10倍以上であることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 16, wherein
The wavelength determination method, wherein the width of the first wavelength range is at least 10 times the width of the second wavelength range.
前記波長判定ステップは、前記第1差分値によって、前記レーザ光の前記波長を概略的な値として特定し、前記第2差分値によって、前記レーザ光の前記波長をより詳細な値として特定することを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
The wavelength determination step specifies the wavelength of the laser light as a rough value by the first difference value, and specifies the wavelength of the laser light as a more detailed value by the second difference value. A wavelength determination method characterized by the above.
前記第1反射手段および前記第2反射手段は、それぞれ2つの反射面を有し、前記2つの反射面のそれぞれの延長平面が所定の角度をなすように構成され、前記それぞれの延長平面が交差する部分から所定の距離だけ離れた位置で前記レーザ光を受光するよう配置され、さらに、
前記第1反射手段および前記第2反射手段の前記所定の角度および前記所定の距離は、前記レーザ光の前記波長を特定することが可能なように、個別に調整されることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
Each of the first reflecting means and the second reflecting means has two reflecting surfaces, each extending plane of the two reflecting surfaces is formed at a predetermined angle, and each extending plane intersects. Arranged to receive the laser beam at a position away from the portion to be a predetermined distance,
The predetermined angle and the predetermined distance of the first reflecting means and the second reflecting means are individually adjusted so that the wavelength of the laser light can be specified. Judgment method.
前記第1反射手段の前記所定の距離は、前記第2反射手段の前記所定の距離より小さいことを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 19,
The wavelength determination method according to claim 1, wherein the predetermined distance of the first reflecting means is smaller than the predetermined distance of the second reflecting means.
少なくとも前記第1反射手段および前記第2反射手段のいずれかが、オプティカルウェッジであることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 20,
At least one of the first reflecting means and the second reflecting means is an optical wedge.
前記第1差分値および前記第2差分値が、それぞれ対応する、前記少なくとも2つの受光位置で得られた検出信号の合計値によってノーマライズされていることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
The wavelength determination method, wherein the first difference value and the second difference value are normalized by a total value of detection signals obtained at the at least two light receiving positions corresponding to each other.
前記第1光検出ステップおよび前記第2光検出ステップは、それぞれ、1つまたは複数の光検出器を使用して光検出を行うことを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
In the wavelength determination method, the first light detection step and the second light detection step each perform light detection using one or a plurality of light detectors.
前記光検出器がフォトダイオードまたはCCDであることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 23, wherein
The wavelength determination method, wherein the photodetector is a photodiode or a CCD.
前記外部共振器型半導体レーザ内の半導体レーザに提供する電流値を、前記第2差分値に基づき、所定の値だけ増加または減少させる制御ステップをさらに備えることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
The wavelength determination method further comprising a control step of increasing or decreasing a current value provided to the semiconductor laser in the external cavity semiconductor laser by a predetermined value based on the second difference value.
前記第1反射手段は、前記第2反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成され、または、
前記第2反射手段は、前記第1反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成されることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
The first reflecting means is configured to receive the laser light transmitted through the second reflecting means, or
The wavelength determining method, wherein the second reflecting means is configured to receive the laser light transmitted through the first reflecting means.
前記第1光検出ステップの、前記少なくとも2つの受光位置は、前記第1方向と平行な方向に沿って設定され、
前記第2光検出ステップの、前記少なくとも2つの受光位置は、前記第2方向と平行な方向に沿って設定されることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 15,
The at least two light receiving positions of the first light detection step are set along a direction parallel to the first direction,
The wavelength determination method according to claim 2, wherein the at least two light receiving positions of the second light detection step are set along a direction parallel to the second direction.
前記少なくとも2つの受光位置の間隔は、前記第1反射光と前記第2反射光の光強度分布に応じ、有効な前記第1差分値および前記第2差分値が求められるように調整されることを特徴とする波長判定方法。 The wavelength determination method according to claim 27,
An interval between the at least two light receiving positions is adjusted so that an effective first difference value and second difference value are obtained according to a light intensity distribution of the first reflected light and the second reflected light. A wavelength determination method characterized by the above.
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