JP2006114183A - レーザ光源装置、ホログラム装置及びレーザ光の検出方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
構成を簡略化し、装置の小型化を図りつつ、光の波長や光の強度を検出することができるレーザ光源装置、このようなレーザ光源装置を用いたホログラム装置及びレーザ光の検出方法を提供すること。
【解決手段】
本来的には光の反射により出力光を所望の方向に導くための光学素子を不完全ミラー104により構成し、その不完全ミラー104を透過した光の照射位置から光の波長を検出し、また当該光の強度を検出しているので、光を光の波長や光の強度を検出するための手段に導くための特別な光学素子、例えばハーフミラー等を別個に設ける必要がなくなる。よって、構成を簡素化し、装置の小型化に寄与することになる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えばホログラム記録や再生に用いられるレーザ光源装置、このようなレーザ光源を用いたホログラム装置及びレーザ光の検出方法に関する。
ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録装置の開発が進められている。
ホログラム記録装置では、変調された(データが重畳された)信号光、変調されない参照光の2つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子(ホログラム)が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。
記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光(再生光)が発生する。この再生光は記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光して記録した信号を再生できる。
ところで、ホログラム記録再生用光源には極めてコヒーレンシーの良いシングルモードのレーザ光源が必要とされ、ガスレーザ、SHGレーザ、等が用いられる。通常のレーザダイオードはマルチモードのためコヒーレンシーの点で不十分であるが、外部共振器型レーザを構成すればコヒーレンシーの良好なホログラム記録再生用の光源が実現できる。このため、小型、省電力であるブルーレーザダイオードを使用した外部共振器型レーザもホログラム光源として使用できるようになった。
また、ホログラム記録に用いる時に重要なのは、波長の再現性である。特に波長を変えて記録する波長多重を行う際には、出力光の波長を意図した長さに制御しなくてはならない。その場合、例えば波長可変型の外部共振器レーザを用いることができる。
外部共振器としては、例えばLittrow型を用いることができる。このような外部共振器では、まずレーザダイオードから出射されたレーザビームはコリメータレンズにより平行光になり、反射型の回折格子に照射される。回折格子に反射したビームは0次光と1次光に分離され、1次光は来た光路をそのまま通り、レーザダイオードに戻る。この戻ったレーザビームにより反射型回折格子とレーザダイオードとで共振器が構成され、レーザダイオードは反射型回折格子の格子形状と、反射型回折格子とレーザダイオードとの距離で決まる波長で発振する(特許文献1参照)。
特開11−107377号公報(段落[0028]〜[0031]、図1)
このような波長可変型の外部共振器レーザにおいては、出力しているレーザ光の波長や強度を検出する必要があり、しかもこのような検出手段としてはより簡単な構成で装置の小型化に寄与するものが望まれている。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、構成を簡略化し、装置の小型化を図りつつ、光の波長や光の強度を検出することができるレーザ光源装置、このようなレーザ光源装置を用いたホログラム装置及びレーザ光の検出方法を提供することにある。
A.本発明に係るレーザ光源装置は、マルチモードのレーザ光を発光するレーザ光源と、前記レーザ光源により発光されたレーザ光を平行光とする第1の光学素子と、前記第1の光学素子により平行光とされたレーザ光のうち、0次光を前記レーザ光源以外の所定の方向に反射し、1次光をレーザ光源側に反射する回折格子と、前記回折格子を反射した0次光を所定の方向に反射し、かつ、前記回折格子を反射した0次光の一部を透過する第2の光学素子と、前記第2の光学素子を透過した光の波長及び当該光の強度のうち少なくとも一方を検出する第1の検出手段とを具備することを特徴とする。
ここで、第2の光学素子としては、例えば不完全ミラーを用いることができる。
例えば、不完全ミラーを透過する光は、波長に応じて屈折する方向が異なる。この方向の差異を第1の検出手段で検出することにより、光の波長を検出することができる。また、光の強度については、例えば不完全ミラーを透過する光をそのまま第1の検出手段により検出することでもよい。第1の検出手段としては、光の波長を検出することを前提とするならば、例えば2分割フォトディテクタや位置検出素子を用いればよい。しかし、単に光の強度を検出するだけならば、一般的なフォトディテクタ等を用いても勿論構わない。
本発明では、第2の光学素子として光を所定の方向に反射し、かつ、光の一部を透過する、例えば不完全ミラーを用いることで、光の波長や光の強度を検出するための手段に導くための特別な光学素子、例えばハーフミラー等を別個に設ける必要がないので、構成を簡素化し、装置の小型化に寄与することになる。
(1)前記回折格子の反射面と前記第2の光学素子の反射面とのなす角度を一定に維持しつつ、前記回折格子の反射面に対する前記レーザ光の入射角を可変する可変手段を具備するようにしてもよい。
回折格子の反射面に対するレーザ光の入射角を可変することにより、発振波長を可変することができる。その場合に、回折格子の反射面と第2の光学素子の反射面とのなす角度を一定に維持しているので、レーザ光の出射方向を一定の方向にすることができる。
(2)前記第1の検出手段により検出された光の波長に基づき前記可変手段を制御する手段を具備する。
これにより、簡単な構成で光の波長を正確に制御することが可能となる。
(3)前記第2の光学素子を反射した光の光路上に配置されたシェアープレートと、前記シェアープレートを反射した光に基づいて当該光の波長を検出する第2の検出手段とを更に具備するようにしてもよい。
ここで、第2の検出素子としては、例えば2分割フォトディテクタを用いることができる。
シェアープレートとしては、例えばオプティカルウェッジを用いることができる。その表面を反射した光とその裏面を反射した光の波長の差異によって干渉縞が形成される。第2の検出手段は、その干渉縞に基づき光の波長を検出することができる。これによる検出は、第1の検出手段に比べてより高精度に波長を検出することができる。第1の検出手段と併用することで、広いレンジで且つ高精度に波長の検出を行うことが可能となる。
B.本発明の別の観点に係るホログラム装置は、ホログラム記録媒体に対して波長多重によりホログラム記録又は再生するホログラム装置において、マルチモードのレーザ光を発光するレーザ光源と、前記レーザ光源により発光されたレーザ光を平行光とする第1の光学素子と、前記第1の光学素子により平行光とされたレーザ光のうち、0次光を前記レーザ光源以外の所定の方向に反射し、1次光をレーザ光源側に反射する回折格子と、前記回折格子を反射した0次光を所定の方向に反射し、かつ、前記回折格子を反射した0次光の一部を透過する第2の光学素子と、前記第2の光学素子を透過した光の波長及び当該光の強度のうち少なくとも一方を検出する第1の検出手段とを具備するレーザ光源装置を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、構成を簡略化し、装置の小型化を図りつつ、光の波長や光の強度を検出することができる。
ここで、前記回折格子の反射面と前記第2の光学素子の反射面とのなす角度を一定に維持しつつ、前記回折格子の反射面に対する前記レーザ光の入射角を可変する可変手段を具備するようにしてもよい。
また、前記第1の検出手段により検出された光の波長に基づき前記可変手段を制御する手段を具備するようにしてもよい。
更に、前記第2の光学素子を反射した光の光路上に配置されたシェアープレートと、前記シェアープレートを反射した光に基づいて当該光の波長を検出する第2の検出手段とを更に具備するようにしてもよい。
C.本発明の更に別の観点に係るレーザ光の検出方法は、マルチモードのレーザ光を発光し、前記発光されたレーザ光を平行光にし、前記平行光とされたレーザ光のうち、0次光を発光側以外の所定の方向に反射し、1次光を発光側に反射する。そして、前記反射した0次光を所定の方向に反射し、かつ、前記0次光の一部を透過し、前記透過した光の波長及び当該光の強度のうち少なくとも一方を検出することを特徴とする。
この発明によれば、構成を簡略化し、装置の小型化を図りつつ、光の波長や光の強度を検出することができる。
以上のように、本発明によれば、第2の光学素子として、回折格子を反射した0次光を所定の方向に反射し、かつ、回折格子を反射した0次光の一部を透過するように構成し、第2の光学素子を透過した光の波長及び当該光の強度のうち少なくとも一方を検出するようにしているので、構成を簡略化し、装置の小型化を図りつつ、光の波長や光の強度を検出することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
[第1の実施形態に係るレーザ光源装置]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレーザ光源装置を表す模式図である。
図1に示すように、レーザ光源装置100は、レーザダイオード101,コリメートレンズ102,回折格子103,不完全ミラー104、2分割フォトディテクタ105及び制御部106を備える。
レーザダイオード101は、マルチモードのレーザ光を発光する。例えば、410nm程度のブルーのレーザ光を発光するものである。
コリメートレンズ102は、レーザダイオード101により発光されたレーザ光を平行光とする。
回折格子103は、図2に示すように、波長ごとに異なる方向へ1次光を発生し、そのうち特定波長(例えば410nm)の1次光がレーザダイオード101戻るようにレーザダイオード101との間の角度が設定されている。これにより、レーザダイオード101内でその波長成分だけが増大し、シングルモードとなる。レーザダイオード101により発光されるレーザ光の大半は、1次光ではなく0次光であり、回折格子103でミラーのように反射する。つまり、このレーザ光源装置100は、基本的にはLittrow型外部共振器レーザである。
不完全ミラー104は、回折格子103を反射した0次光を回折格子以外の所定の方向に反射し、0次光のうち一部の光を透過する。
2分割フォトディテクタ105は、不完全ミラー104を透過した光が当たる位置に配置されている。この2分割フォトディテクタ105は、図3に示すように、図1中矢印方向に沿って2つに分割されている。
ここで、例えば図4に示すように、不完全ミラー104では、透過する光の波長に応じて光が屈折する角度が異なる。具体的には、光の波長に応じて図1中矢印方向に沿って光の方向が変動する。2分割フォトディテクタ105は、この変動に応じてAとBの出力が変化する。そして、この変化を検出することで、光の波長を検出することができる。
つまり、図3において、レーザ光は2分割フォトディテクタ105上に照射され、波長の変化に伴い矢印の方向に移動する。位置の検出には2分割フォトディテクタ105からの光電流A,Bを以下の演算式
位置(波長)=(A−B)/(A+B)
により求めることができる。
また、光量は
光量=A+B
により求めることができる。
ただし、ビーム径が2分割フォトディテクタ105よりも大きい場合は、上記のレーザ光の"位置"とその時の"光量"をあらかじめ測定しておきテーブルを作成しておく。そして、実際の光量測定では、最初に2分割フォトディテクタ105上の"位置"を求める。その後、その値から先述のテーブルの"光量"を参照し、その量との比が現在出力として測定される。
なお、2分割フォトディテクタ105に代えて、図5に示すように、位置検出素子107を用いても構わない。位置検出素子107は、図1中矢印方向に対する光の位置を検出するものである。つまり、光の照射位置は波長の変化に伴い矢印の方向に移動する。位置の検出には上記と同様に光電流A、Bを以下の演算式
位置(波長)=(A−B)/(A+B)
により求めることができる。
また、光量は
光量=A+B
により求めることができる。
図6に示すように、回折格子103及び不完全ミラー104は、保持部材109により保持され、回折格子103の反射面と不完全ミラー104の反射面とが常に所定の角度が維持されている。これにより、回折格子103が回転しても不完全ミラー104によりレーザ光の出射方向を固定することができる。
保持部材109は軸110により回転可能に保持されている。保持部材109は例えば断面三角形状で、かつ、その内部が空洞にされている。この保持部材109では、軸110の一側に回折格子103及び不完全ミラー104が例えば接着剤により固定され、他側に回転用の軸111が一体的に設けられている。勿論、保持部材109には、回折格子103及び不完全ミラー104の表面が保持部材109の内部側に露出するように窓が設けられ、また光の出口用の窓も設けられている。また、回折格子103及び不完全ミラー104のそれぞれの表面を延長した交線は、軸110の中心線と一致するようになっている。
回転駆動部112は、軸110を中心として保持部材109を回転するものであり、本体113、回転用の軸111を押すためのネジ114、回転用の軸111がネジ114により押される方向とは反対方向から回転用の軸111に弾性力を付与する板バネ115を備える。ネジ114は例えば図示を省略した回転駆動モータにより回転されるようになっている。
ここでは、回折格子103を回転させること、例えば410nm程度のブルーのレーザ光の波長を5〜10nm程度可変することができる。
制御部106は、2分割フォトディテクタ105による検出結果に基づき、当該レーザ光源装置100により発光されるレーザ光の波長や強度を制御する。例えば、2分割フォトディテクタ105による検出結果に基づき回転駆動モータにより回折格子103を回転させてレーザ光の波長が所望の値となるように制御する。また、2分割フォトディテクタ105による検出結果に基づき当該レーザ光源装置100により発光されるレーザ光の強度が所望の値となるようにレーザダイオード101に流れる電流を制御する。
次に、このように構成されたレーザ光源装置100の動作を説明する。
レーザダイオード101で発光したレーザ光は、コリメートレンズ102により平行光とされる。
このレーザ光のうち、0次光は回折格子103を反射し、更にこの光は不完全ミラー104の反射して出力光として出力される。
一方、不完全ミラー104では、0次光のうち一部の光は、透過して2分割フォトディテクタ105に照射される。そして、その照射位置は、光の波長に応じて図1中矢印方向に沿って光の方向が変動する。
2分割フォトディテクタ105による検出結果は、制御部106に伝えられ、制御部106により当該レーザ光源装置100により発光されるレーザ光の波長や強度が制御される。
本実施形態におけるレーザ光源装置100では、本来的には光の反射により出力光を所望の方向に導くための光学素子を不完全ミラー104により構成し、その不完全ミラー104を透過した光の照射位置から光の波長を検出し、また当該光の強度を検出しているので、光を光の波長や光の強度を検出するための手段に導くための特別な光学素子、例えばハーフミラー等を別個に設ける必要がなくなる。よって、構成を簡素化し、装置の小型化に寄与することになる。
[第2の実施形態に係るレーザ光源装置]
図7は、本発明の第2の実施形態に係るレーザ光源装置を表す模式図である。
図7に示すように、レーザ光源装置200は、不完全ミラー104を反射した光の光路上にシェアープレート201を設け、シェアープレート201を反射した光を2分割フォトディテクタ202により検出するように構成した点が第1の実施形態に係るレーザ光源装置と異なる。第1の実施形態と共通する要素には同じ符号を付して説明を省略する。
シェアープレート201としては、例えばオプティカルウェッジを用いることができる。
オプティカルウェッジ(以下、符号201とする)とは、図8に示すように、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(図9参照)。
この干渉縞は、光の波長によって各位置での光の強度が異なることになるので、2分割フォトディテクタ202により所定の2箇所での光の強度を検出し、制御部106によって比較することで光の波長を検出することができる。
本実施形態では、干渉縞を使って光の波長を検出しているので、より高精度で光の波長を検出することが可能となる。また、2分割フォトディテクタ105と併用することで広いレンジで且つ高精度で光の波長を検出することが可能となる。
[ホログラム記録再生装置の一例]
次に、本発明に係るホログラム記録再生装置の構成例を説明する。
図10は、本発明に係るホログラム記録再生装置の光学ユニット300を表す模式図である。この光学ユニット300はコーリニアと呼ばれるタイプであり、信号光と参照光とで同一の光学系が用いられている。
この光学ユニット300は、記録再生用光源311,ビームエキスパンダ312,空間光変調器313,不完全ミラー314,ファラデー素子315,レンズ316,CCDセンサ317を有する。
記録再生用光源311は、図1や図7に示したレーザ光源装置100やレーザ光源装置200を用いることができる。
ビームエキスパンダ312は、記録再生用光源311から照射されたレーザ光の径を拡張する光学素子である。
空間光変調器313は、信号光を空間的に(ここでは、2次元的に)変調して、データ信号を重畳する光学素子である。空間光変調器313は、透過型の素子である透過型強誘電体液晶素子を用いることができる。なお、空間光変調器に反射型の素子であるDMD (Digital micro mirror) や反射型液晶、GLV (Grating Light Value)素子を用いることが可能である。空間光変調器313は、図11に示すように、信号光が通過するほぼ円形状の第1の領域320と、参照光が通過する第2の領域321とを有する。
ファラデー素子315は、光の偏光方向を45°回転させる光学素子である。信号光及び参照光の偏光方向はファラデー素子315により45°回転する。また、ホログラム記録媒体401を反射した反射光はファラデー素子315により更に45°回転する。従って、ホログラム記録媒体401を反射した反射光の偏光方向は、不完全ミラー314の透過軸の方向から90°回転したことになり、ホログラム記録媒体401を反射した反射光は不完全ミラー314を透過しないで反射し、CCDセンサ317に導かれる。
レンズ316は、信号光及び参照光をホログラム記録媒体401に集光する光学素子である。空間光変調器313上に表示された像(実像)がレンズ316の焦点位置にフラウンホーファー(Fraunhofer)回折像(フーリエ(Fourier)変換像)に変換されて結像するとともに、参照光もレンズ316の焦点位置にフラウンホーファー(Fraunhofer)回折像(フーリエ(Fourier)変換像)に変換して結像する。その結果、ホログラム記録媒体401で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子(ホログラム)が形成され、ホログラム記録媒体401にデータが記録される。
また、ホログラム記録媒体401から再生された回折光は、レンズ316、ファラデー素子315及び不完全ミラー314を介してCCDセンサ317に集光する。このとき、CCDセンサ317の検知面には空間光変調器313に表示されていた実像が結像する。つまり、レンズ316はホログラム記録媒体401に記録された空間光変調器313のフーリエ変換像を逆フーリエ変換してCCDセンサ317に結像する逆フーリエ変換レンズでもある。
CCDセンサ317は、再生された信号光を検出する受光素子であり、受光素子が2方向に配列された2次元受光素子である。
なお、ホログラム記録媒体401は、図12に示すように、円盤状(ディスク型)であり、保護層402,記録層403,保護層404を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。
保護層402,404は、記録層403を外界から保護するための層である。
記録層403は、干渉縞を屈折率(あるいは、透過率)の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率(あるいは、透過率)の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。
無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。
有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマが重合する。そして、ポリマ化するにつれて周囲からモノマが移動してモノマの濃度が場所によって変化する。
以上のように、記録層403の屈折率(あるいは透過率)が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率(あるいは透過率)の変化としてホログラム記録媒体401に記録できる。
ホログラム記録媒体401は、図示しない駆動手段で移動(ホログラム記録媒体401の半径方向)及び回転(ホログラム記録媒体401の円周方向)され、空間光変調器313の像を多数のホログラムとして記録することができる。ホログラム記録媒体401自体が移動するのではなく、光学ユニット300がホログラム記録媒体401の半径方向に移動するものであっても構わない。
本発明の第1の実施形態に係るレーザ光源装置を表す模式図である。 外部共振器の動作を説明するための図である。 2分割フォトディテクタの構成を示す平面図である。 不完全ミラーにおける光の波長と光の屈折角度との関係を示すグラフである。 位置検出素子の構成を示す平面図である。 回折格子及び不完全ミラーの回転機構を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態に係るレーザ光源装置を表す模式図である。 オプティカルウェッジの構成を示す断面図である。 プティカルウェッジの作用を説明するための図である。 本発明に係るホログラム記録再生装置の光学ユニットを表す模式図である。 空間光変調器の平面図である。 ホログラム記録媒体の構成を示す斜視図である。
符号の説明
100 レーザ光源装置
101 レーザダイオード
103 回折格子
104 不完全ミラー
105 2分割フォトディテクタ
106 制御部
200 レーザ光源装置
201 シェアープレート
202 2分割フォトディテクタ

Claims (6)

  1. マルチモードのレーザ光を発光するレーザ光源と、
    前記レーザ光源により発光されたレーザ光を平行光とする第1の光学素子と、
    前記第1の光学素子により平行光とされたレーザ光のうち、0次光を前記レーザ光源以外の所定の方向に反射し、1次光をレーザ光源側に反射する回折格子と、
    前記回折格子を反射した0次光を所定の方向に反射し、かつ、前記回折格子を反射した0次光の一部を透過する第2の光学素子と、
    前記第2の光学素子を透過した光の波長及び当該光の強度のうち少なくとも一方を検出する第1の検出手段と
    を具備することを特徴とするレーザ光源装置。
  2. 請求項1に記載のレーザ光源装置において、
    前記回折格子の反射面と前記第2の光学素子の反射面とのなす角度を一定に維持しつつ、前記回折格子の反射面に対する前記レーザ光の入射角を可変する可変手段
    を具備することを特徴とするレーザ光源装置。
  3. 請求項2に記載のレーザ光源装置において、
    前記第1の検出手段により検出された光の波長に基づき前記可変手段を制御する手段
    を具備することを特徴とするレーザ光源装置。
  4. 請求項1に記載のレーザ光源装置において、
    前記第2の光学素子を反射した光の光路上に配置されたシェアープレートと、
    前記シェアープレートを反射した光に基づいて当該光の波長を検出する第2の検出手段と
    を更に具備することを特徴とするレーザ光源装置。
  5. ホログラム記録媒体に対して波長多重によりホログラム記録又は再生するホログラム装置において、
    マルチモードのレーザ光を発光するレーザ光源と、前記レーザ光源により発光されたレーザ光を平行光とする第1の光学素子と、前記第1の光学素子により平行光とされたレーザ光のうち、0次光を前記レーザ光源以外の所定の方向に反射し、1次光をレーザ光源側に反射する回折格子と、前記回折格子を反射した0次光を所定の方向に反射し、かつ、前記回折格子を反射した0次光の一部を透過する第2の光学素子と、前記第2の光学素子を透過した光の波長及び当該光の強度のうち少なくとも一方を検出する第1の検出手段とを具備するレーザ光源装置
    を備えたことを特徴とするホログラム装置。
  6. マルチモードのレーザ光を発光し、
    前記発光されたレーザ光を平行光にし、
    前記平行光とされたレーザ光のうち、0次光を発光側以外の所定の方向に反射し、1次光を発光側に反射し、
    前記反射した0次光を所定の方向に反射し、かつ、前記0次光の一部を透過し、
    前記透過した光の波長及び当該光の強度のうち少なくとも一方を検出する
    ことを特徴とするレーザ光の検出方法。
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