JP2006324561A - レーザ装置および回折格子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チューナブルレーザの波長を高精度に変化させることができる。
【解決手段】 合わせ鏡の構成でグレーティング３および半透過ミラー３２が設けられている。半透過ミラー３２の透過光が２分割ディテクタ３３の受光面に入射される。Ｏを支点として、グレーティング３および半透過ミラー３２が開き角度を一定に維持したまま回転される。グレーティング３の角度を変えることで発振波長を可変することができる。グレーティング３の角度の変化がディテクタ３３で検出され、指定の波長となるように、ピエゾレッグスモータ２０が駆動される。球３７がリングヒンジ３８と嵌合され、リングヒンジ３８の端部がピエゾレッグスモータ２０のドライブロッド２３と固定されている。ドライブロッド２３の変位がミラーホルダー３４を回転させ、グレーティング３および半透過ミラー３２を回転させる。その結果、出射されるレーザ光の波長が変化される。
【選択図】 図８

Description

この発明は、レーザ装置および回折格子の駆動方法に関する。

近年、レーザ装置は、小型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。例えば、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、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あわせ、その干渉によってデータを記憶する。

このような、ホログラム記録再生用の光源としては、シングルモードのレーザ光源を使用する。例えば、ガスレーザ、ＳＨＧレーザを用いる。また、レーザダイオード（ＬＤ）を使用した外部共振器型半導体レーザも用いることができる。

通常のレーザダイオードは、マルチモードであるためコヒーレンシーの点で不十分である。そこで、レーザダイオードを用いて、外部共振器型半導体レーザを構成すれば、シングルモード化でき、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。このような、外部共振器型半導体レーザを含むレーザ装置の代表的な構成が下記の非特許文献１に記載されている。

L. Ricci, et al. :"A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics",Optics Communications, 117 1995 , pp541-549

図１は、レーザダイオードを用いたリットロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）型と呼ばれる外部共振器型半導体レーザの構成を示す。レーザダイオード１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ２で平行光とされて、反射型回折格子（以下、グレーティングと称する）３に入射される。

グレーティング３は、グレーティング取付部４に取り付けられている。グレーティング取付部４は、板バネ５を介して支柱６に保持されている。グレーティング取付部４の板バネ５が取り付けられた位置から離れた位置がネジ７の回転に応じて上下に変位されることによって、グレーティング３の角度が可変される。ネジ７は、図示しないが、ネジ支えに挿入されている。

グレーティング３でレーザ光が反射される際に、レーザ光が０次光Ｌ０と１次光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃに分離される。１次光の反射角が波長によって変化するので、１次光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃは、それぞれ異なる波長に対応している。

グレーティング３の角度に応じて特定の波長の１次光Ｌ１ａが再びコリメータレンズ２を通り、レーザダイオード１に逆注入される。この結果、レーザダイオード１が注入された１次光Ｌ１ａの波長が優勢となってシングルモードとなる。シングルモードにおいて出射される光の波長は、グレーティング３から戻ってきた光の波長と同じである。すなわち、１次光Ｌ１ａによりグレーティング３とレーザダイオード１の間で共振器が形成され、グレーティング３の格子形状と、グレーティング３とレーザダイオード１との距離で定まる波長で、レーザダイオード１が発振する。０次光Ｌ０は、通常のミラーと同じように反射して外部に出射され、例えばホログラム記録再生用に使用される。

外部共振器型のレーザ装置では、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チップによるモードホップの領域が存在する。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。

レーザ装置から出力されるレーザ光のレーザパワーと波長の関係は、グラフの横軸はレーザパワーをとり、グラフの縦軸に波長をとると、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、のこぎり波状の変化を示す。パワーと波長変化との関係において、レーザダイオードのモードホッピングによって生じる波長変化は、約０．０４ｎｍ程度である。所定のレーザパワーでは、図２に示すように、特定の波長のレーザ光のみを発生させることができる。なお、図２の例では、波長（４０７．８９ｎｍ）が示されている。

図３に示すように、チューナブルレーザ装置では、グレーティング３の角度を変えることによって、中心波長例えば４０３．５ｎｍに対して波長を例えば±２ｎｍ程度変える構成とされる。演算出力（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、後述するように、レーザの波長によって変化するスポットの位置を２分割ディテクタで検出した検出信号ＡおよびＢを演算したものである。

一例として、中心波長で演算出力が０となるように設定される。波長多重方法でホログラムメディアに対して記録を行う場合に、波長変化のステップとしては、１００ｐｍ程度が要求される。この波長変化のステップは、グレーティング３の回転角度の変化のステップに関して０．０１５°となる。

しかしながら、グレーティング３の角度を変化させた場合、出射される０次光Ｌ０の方向も変化し、レーザ装置を光源として使用する上で問題を生じる。グレーティング３の角度を変えても、出射光が同じ光路のとるように、合わせ鏡の構成が下記の非特許文献２に記載されている。

T.M.Hard :"Laser Wavelength Selection and Output Coupling by a Grating", APPLIED OPTICS, Vol. 9, No. 8, August 1970, pp1825-1830

図４は、合わせ鏡の構成のレーザ装置を示す。グレーティング３とミラー８とが例えば９０°の開き角でもって対向されている。レーザダイオード１からのレーザ光がグレーティング３で反射され、さらに、ミラー８で反射されて外部に出射される。グレーティング３とミラー８は、回転軸９を中心に、開き角を維持したまま回転する。回転軸９は、グレーティング３の他端に設けられ、レーザダイオード１からのレーザ光の光軸に垂直で、かつ、グレーティングの格子溝の延長方向と平行に延びる。

グレーティング３とミラー８とが実線で示す位置にある場合と、矢印で示すように、これらが回転されて破線で示す位置にある場合とで、０次光Ｌ０の出射方向が変化する。このように、０次光の出射方向が変化することは、レーザ光源として使用する上で好ましいことではない。

次に、上述した非特許文献２に記載されているグレーティング３とミラー８を回転させた時に、出射されるレーザ光の方向が変化しないことについて図５を参照して説明する。ここで、グレーティング３の一端とミラー８の一端は、グレーティング３とミラー８の反射面を延長した線の交点の位置で、グレーティングの格子溝の延長方向に水平な回転軸１１で連結される。回転軸１１は、円１２の中心でもある。また、グレーティング３の反射面とミラー８の反射面がなす角はＶである。

ここで、点ｃから点ｄまで所定の入射光１３が与えられると、その入射光１３が点ｄでグレーティング３に入射し、０次光１４は入射角と同じ角度で反射し、点ｅに進む。そこで、ミラー８が０次光１４を受光し、点ｆに向けて反射光１５を出射する。入射光１３を延長した線と反射光１５を延長した線は点ｊで交差し、これらの延長線と０次光１３の線は、それぞれ円１２の接線となっている。

さらにここで、グレーティング３とミラー８を、回転軸１１を中心に角度Ｖを維持したまま回転させると、これらはそれぞれ、点線で示す位置に移動する。このとき、所定の入射光１３は、点ｃから点ｇまで延び、点ｇにおいてグレーティング３に入射し、０次光１６が出射される。０次光１６は、点ｇから点ｈまで延び、そこでミラー８に反射し、反射光１５が点ｈから点ｆまで延びる。

グレーティング３とミラー８を回転させた後も、入射光１３を延長した線、反射光１５を延長した線および０次光１６の線は、それぞれ円１２の接線となっている。このことから、グレーティング３とミラー８を、それぞれの反射面の延長線の交点を支点として回転させれば、所定の入射光１３と反射光１５のなす角はＷという一定の値に維持されるということが分かる。

この原理を応用すれば、波長を変えるためにグレーティング３の傾きを変更しても、出力レーザ光を一定の位置に出射させることができ、チューナブルレーザを構成することができる。

上述した合わせ鏡の構成のグレーティング３およびミラー８を対向角を保持したまま回転させる回転角は、１ステップ当たり０．０１５°と大変小さい値である。従来から微小な回転角を実現する素子としては、ステッピングモータが知られている。

しかしながら、ステッピングモータの角度ステップは、１．８°程度であり、０．０１５°に対して桁違いに大きい。ギアを組み合わせることによって、角度ステップを小さくすることができるが、ギア比を大きくなるために、二つ以上のギアを使用することが必要となり、ギア機構を含むモータ部が大型化し、レーザ装置が大型化する問題が生じる。また、ギア機構を使用することによる精度の低下の問題が生じる。さらに、ステッピングモータは、動いている時だけでなく、ある角度を保持している場合にも、電流を流し続ける必要があり、消費電力が増大する。このように、ステッピングモータは、グレーティングの傾きを変化させるための駆動源としては、欠点が多い。

したがって、この発明の目的は、かかるステッピングモータを使用した場合の問題点を解決できるレーザ装置およびグレーティング駆動方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、半導体レーザからのレーザ光を受光し、所定の波長の１次回折光を半導体レーザに向けて出射し、０次光を反射する回折格子と、
回折格子によって反射された０次光を反射する反射手段と、
回折格子と反射手段の開き角を一定に維持した状態で、回折格子および反射手段を保持すると共に、
回折格子の表面の延長線と反射手段の表面の延長線との交点を支点として、回転自在に構成された保持手段と、
ピエゾ圧電効果による圧電素子の伸びまたは縮みにより生じた直線運動によって保持手段を回転させるリニア駆動手段とを備えたレーザ装置である。

この発明は、半導体レーザからのレーザ光を受光し、所定の波長の１次回折光を半導体レーザに向けて出射し、０次光を反射する回折格子と、回折格子によって反射された０次光を反射する反射手段と、回折格子と反射手段の開き角を一定に維持した状態で、回折格子および反射手段を保持すると共に、回折格子の表面の延長線と反射手段の表面の延長線との交点を支点として、回転自在に構成された保持手段と、ピエゾ圧電効果による圧電素子の伸びまたは縮みにより生じた直線運動によって保持手段を回転させるリニア駆動手段と、回折格子の傾きに対応するレーザ光の波長を検出する検出手段を備えるレーザ装置であって、回折格子の角度を変化させる駆動方法において、
検出手段により検出された波長が指定した波長に一致するか否かを判定する判定ステップと、
判定ステップで検出された波長が指定した波長に一致すると判定された場合に、リニア駆動手段を停止させるステップと、
判定ステップで検出された波長が指定した波長に一致しないと判定された場合に、検出された波長が指定波長に近づくように、リニア駆動手段を駆動するステップとからなる駆動方法である。

この発明によれば、ピエゾ圧電効果を利用したリニア駆動手段を使用しているので、従来のステッピングモータと比較して頗る細かいステップで回折格子および反射手段を回転させることができる。それによって、ホログラム装置等で要求される細かいステップで波長を変化させることが可能となる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。この発明の一実施形態では、グレーティングの傾きを変化させるリニア駆動源としてピエゾ圧電効果による圧電素子の伸びまたは縮みにより生じた直線運動を行うリニアモータを使用する。この種のリニアモータとして、例えばPiezo Motor社製のピエゾレッグスモータ(Piezo Legs Motpr：商品名) を挙げることができる。ピエゾレッグスモータは、２枚の圧電素子を貼り合わせたバイモルフを使用している。

図６は、バイモルフについて説明するもので、ＰａおよびＰｂがそれぞれ厚み方向に分極された板状の圧電素子をそれぞれ示す。圧電素子ＰａおよびＰｂが共通の電極を挟んで貼り合わされ、圧電素子ＰａおよびＰｂのそれぞれに電極が設けられている。圧電素子Ｐａに印加される電圧がＶａとされ、圧電素子Ｐｂに印加される電圧がＶｂとされている。電圧ＶａおよびＶｂによって分極方向と平行な電場が加えられ、ピエゾ圧電効果により結晶体が伸びまたは縮む。

図６Ａは、圧電素子ＰａおよびＰｂのそれぞれに印加される電圧に対応したバイモルフの状態を示す。図面に向かって一番左端は、圧電素子ＰａおよびＰｂに電圧を印加しない状態を示し、この状態では、バイモルフが撓まない。次に、電圧ＶａおよびＶｂを（Ｖａ＜Ｖｂ）として印加すると、バイモルフが撓む。（Ｖａ＞Ｖｂ）の関係とすると、図６Ａの左から３番目の図に示すように、バイモルフが逆方向に撓む。さらに、（Ｖａ＝Ｖｂ）では、最も右端の図に示すように、バイモルフが撓まない。図６Ａは、バイモルフの一例であって、圧電素子ＰａおよびＰｂの分極方向を互いに逆として、同一極性の電圧を印加することによってバイモルフを撓ませるようにしても良い。

図６Ｂは、ピエゾレッグスモータの概念的な構成を示している。例えば４本の棒状のバイモルフからなる脚ＢＭａ，ＢＭｂ，ＢＭｃ，ＢＭｄを一列に並べて設け、その先端がドライブロッドＤｓと接触される。脚ＢＭａ，ＢＭｃの対と、ＢＭｂ，ＢＭｄの対とをそれぞれ同期して駆動する。４本の脚は、図６Ａに示すように、印加電圧に応じて左右に傾くと共に、上下方向にも伸縮される。その動作の詳細は省略するが、脚ＢＭａ，ＢＭｂ，ＢＭｃ，ＢＭｄの各対の撓みと伸縮動作とが所定のシーケンスで制御されることによって、４本の脚の先端のドライブロッドＤｓが矢印で示す方向に直線的に送られる。

図７において、参照符号２０は、一実施形態で使用した実際のピエゾレッグスモータを示す。図７Ａが正面図、図７Ｂが平面図、図７Ｃが側面図、図７Ｄが斜視図である。箱状のケース２１内に図６Ｂを参照して説明したような４本の棒状のバイモルフからなる脚が配置されている。ケース２１の上方にベアリングホルダー２２が取り付けられている。

ベアリングホルダー２２の両サイドに平行して設けられた部材間の空間に、例えば角柱状でアルミナからなるドライブロッド２３がスライド自在に貫通される。ドライブロッド２３は、ケース２１の上面において、バイモルフの先端と接触可能とされている。ベアリングホルダー２２を貫通したドライブロッド２３と接触して一対のベアリングローラ２４ａおよび２４ｂが回転自在にベアリングホルダー２２に支持される。

ベアリングローラ２４ａおよび２４ｂの回転軸がベアリングホルダー２２の両サイドに平行して設けられた部材上で支持されると共に、十字状のテンションスプリング２５によって押さえつけられる。テンションスプリング２５の中心部がネジ２６によってベアリングホルダー２２に対して固定される。回転自在に支持されたベアリングローラ２４ａおよび２４ｂがドライブロッド２３と接し、ドライブロッド２３のスライド動作がスムーズに行われる。

図８は、上述したピエゾレッグスモータ２０を使用したこの発明の第１の実施形態を示す。レーザダイオード１がホルダー３１内に気密に収納されている。ホルダー３１に取り付けられたコリメートレンズ２を介してレーザダイオード１からのレーザ光が出射され、グレーティング３に入射される。コリメートレンズ２がレーザダイオード１をホルダー３１内に気密に収納するための窓ガラスの機能を兼ねている。

グレーティング３と例えば９０°の対向角度でもって合わせ鏡の構成で半透過ミラー３２が設けられている。本明細書において、半透過ミラーの「半」の用語は、透過率５０％を意味するものではなく、透過率が１０％以下例えば５％のような少量の透過光を生じさせるミラーを意味する。半透過ミラー３２を透過したレーザ光が２分割ディテクタ３３の受光面に入射される。

図５を参照して説明したように、グレーティング３の反射面の延長線と、半透過ミラー３２の反射面の延長線との交点を支点Ｏとして、グレーティング３および半透過ミラー３２が開き角度を一定に維持したまま回転することによって、出射レーザ光の方向を一定とすることができる。より具体的には、グレーティング３および半透過ミラー３２を保持して支点を中心として回転するミラーホルダー３４が設けられている。ミラーホルダー３４は、回転軸３５に嵌合された角柱の形状を有している。

グレーティング３は、波長毎に異なる方向へ１次光を発生し、その内の特定の波長例えば４１０ｎｍに対応した１次光がレーザダイオード１に戻るように、グレーティング３の角度が設定されている。その結果、レーザダイオード１内でその波長成分だけが大きくなり、シングルモードとなる。レーザダイオード１により発光されるレーザ光の大半は、１次光ではなく、０次光である。したがって、リットロー型と呼ばれる外部共振器型半導体レーザでは、グレーティング３の角度を変えることで発振波長を可変することができる。

半透過ミラー３２は、グレーティング３で反射された０次光を所定の方向に反射するが、完全に光を反射せずに、一部の０次光を透過させる。２分割ディテクタ３３が半透過ミラー３２を透過した光が当たる位置に配置されている。２分割ディテクタ３３は、グレーティング３および半透過ミラー３２が回転することによって生じるスポットの移動方向と直交して配列された二つの光ディテクタを有している。所定の位置では、スポットが二つのディテクタ上に均等に位置し、スポットの移動によって、各ディテクタの出力信号が変化する。

グレーティング３の角度によってグレーティング３で反射されて半透過ミラー３２に対して入射されるレーザ光の方向も変化する。その結果、グレーティング３の角度を変えると、２分割ディテクタ３３に対する光の入射位置が矢印で示すように変化する。この変化を検出することによって、レーザ光の波長を検出することができる。

すなわち、２分割ディテクタ３３の二つのディテクタからの光電流ＡおよびＢを以下の式にしたがって演算することによって位置を検出することができる。

位置（波長）＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）

光量＝Ａ＋Ｂ

検出素子としては、２分割ディテクタ３３に限らず、１次元ＰＳＤ(Position Sensitive Detector)を使用することができる。ＰＳＤは、高抵抗半導体基板の片面または両面に
均一な抵抗層が形成され、抵抗層の両端に信号取り出し用の一対の電極が設けられた構成を有している。受光面が抵抗層と同時にＰＮ接合も形成し、光起電力効果によって光電流が生成される。受光面上の光スポットの位置に応じて両端の電極から光電流Ａ、Ｂが発生する。受光面の中央位置に光スポットが位置する場合には、光電流ＡおよびＢが等しい値となる。

したがって、受光面の光スポットの位置が波長の変化に伴って移動する。この位置変化は、ＰＳＤからの光電流Ａ、Ｂを以下の演算式：位置（波長）＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）により検出でき、レーザ光の波長を判定することができる。

２分割ディテクタ３３の検出信号から波長を検出することができるので、発生しているレーザ光の波長をモニタすることができ、所望の波長となるように、グレーティング３の傾きが制御される。

グレーティング３の傾きを可変するためのリニア駆動源としてピエゾレッグスモータ２０が使用される。ピエゾレッグスモータ２０は、図７を参照して説明した構成を有している。ミラーホルダー３４のグレーティング３および半透過ミラー３２が設けられている側と反対側から突出されたロッド３６の先端に球３７が固定されている。球３７が受け部としてのリングヒンジ３８と嵌合されている。

リングヒンジ３８の球３７と嵌合していない端部がピエゾレッグスモータ２０の移動体としてのドライブロッド２３と固定されている。ピエゾレッグスモータ２０が駆動されることによってドライブロッド２３が矢印で示すように変位する。ドライブロッド２３の変位がリングヒンジ３８および球３７を介してミラーホルダー３４を回転させ、グレーティング３および半透過ミラー３２を回転させる。その結果、出射されるレーザ光の波長が変化される。

図９は、グレーティング３を示す。グレーティング３に対する入射角、すなわち、１次光回折角をθとし、単位長さあたりのグルーブ数をｇとすると、波長λは、次式で表される。

λ＝２（sinθ）／ｇ （１）

図９には、レーザ光束の内の２本が示されている。リットロー配置なので、入射角と回折角が等しい。式（１）において、（sinθ）／ｇが片道の光路差であり、係数の２が往
復を表す。

図１０は、図８の構成において、ミラーホルダー３４の回転支点Ｏと、球３７の中心（ドライブロッド２３の中心）との距離が１５mm（＝１５０００μｍ）に設定されている状態を示す。球３７の中心の変位量をｙ〔μｍ〕とし、支点Ｏと球３７の中心とがｙ＝０の場合に対してなす角度をαとする。

一例として、波長が４０６ｎｍのときに、ｙ＝０と定める。そのとき、θ＝４６．９５°である。したがって、
θ＝４６．９５°−α （２）
となる。例えばα＝０°のときにθ＝４６．９５°、α＝４６．９５°のときにθ＝０°となる。

角度θと移動量ｙとの関係は、次の式（３）で示すものとなる。

tan(α)＝ｙ／１５０００ （３）

式（１）（２）（３）から角度θと移動量ｙの関数として波長λが求められる。

λ＝２sin｛４６．９５°−arctan（ｙ／１５０００）｝／ｇ （４）

例えばｙ＝８０μｍのときの波長λは、４０８ｎｍである。したがって、移動距離ｙを０から８０μｍ変化させることによって、４０６ｎｍから４０８ｎｍまで波長を変化させることができる。

ピエゾレッグスモータ２０の１ステップは、最小で２ｎｍである。図１０の例では、（８×１０^-6）°ステップで角度θを変化させることができる。実際には、例えばホログラム装置に要求される波長のステップは１００ｐｍ程度であり、そのための角度変化が０．０１５°であるので、０．０１５°より小なるステップで角度θを変化させることが必要とされる。例えば１ステップが２５０ｎｍとされ、０．００１°ステップで角度θを変えることが可能とされる。移動量ｙは、ピエゾレッグスモータ２０のステップ量で制御することができる。また、ピエゾレッグスモータ２０のドライブロッド２３の変位を歪みゲージで測定するようにしても良い。

上述したように、２ｎｍの波長変化を生じさせる移動距離ｙが８０μｍであり、例えば６ｎｍの波長変化を実現するためには、２４０μｍ（＝０．２４mm）の移動距離ｙが必要である。ピエゾレッグスモータ２０の場合、ドライブロッド２３が本体から抜ける直前まで駆動することが可能である。実際には、１０mm以上の移動距離ｙが可能である。

図１１を参照して２分割ディテクタ３３による波長モニタの結果に基づいてピエゾレッグスモータ２０を制御する動作について説明する。ステップＳ１において、シャッターが閉められる。シャッターは、波長調整中のレーザ光を外部に出射しないためのもので、半透過ミラー３２で反射された光の出射を制御する。

ステップＳ２において、２分割ディテクタ３３の出力信号から和信号でノーマライズされた差信号が演算される。ステップＳ３において、予め用意されているテーブルを参照して、差信号から波長が検出される。ステップＳ４において、検出された波長が指定波長と等しいか否かが判定される。

ステップＳ４の判定の結果が検出波長が指定波長に等しくないものであると、ステップＳ５において、指定波長に近づく方向にピエゾレッグスモータ２０が駆動される。この場合、指定波長と検出波長の差の量に応じた駆動ステップ数が設定される。そして、処理がステップＳ２（差信号の演算）に戻る。

ステップＳ４の判定の結果が検出波長が指定波長に等しい場合には、ステップＳ６において、ピエゾレッグスモータ２０の駆動が停止される。そして、ステップＳ７において、シャッターが開けられる。シャッターを介して外部に出射されたレーザ光がアプリケーション例えばホログラム装置で使用される。

なお、ピエゾレッグスモータ２０は、その駆動電源をオフとしてもドライブロッド２３の位置が変わらない。したがって、電源をオフした後にオンすると、電源をオフする以前の波長で発光することになる。このため、以前の波長と同じ波長を使用する場合には、オン後に、図１１に示すような制御を行わないでも、直ちに使用することができる。但し、図１１に示すように、シャッターを閉じた状態で波長を調整する処理を常に行うことによって、ソフトウェアプログラムを簡素化することができる。

以下、ピエゾレッグスモータ２０を駆動源として使用するチューナブルレーザ装置の他の実施形態について説明する。但し、以下の説明に使用する図では、簡単のために、半透過ミラー３２を透過した光が入射される２分割ディテクタ３３については省略されている。

図１２は、この発明の第２の実施形態を示す。図８の構成と同様に、ミラーホルダー３４から突出されたロッド３６の先端に球３７が固定されている。球３７がリングヒンジ３９と嵌合されている。リングヒンジ３９がピエゾレッグスモータ２０のドライブロッド２３と固定されている。ピエゾレッグスモータ２０が駆動されることによってドライブロッド２３が矢印で示すように変位する。ドライブロッド２３の変位がリングヒンジ３９および球３７を介してミラーホルダー３４を回転させ、グレーティング３および半透過ミラー３２を回転させる。その結果、出射されるレーザ光の波長が変化される。

リングヒンジ３９は、図１２Ｂに示されるように、球３７の上下に隙間が生じる長孔状の開口を有している。隙間を設けることによって、上下方向の機械的位置調整が完全でもなくても、球３７とリングヒンジ３９とが噛み合うことを防止でき、ミラーホルダー３４をスムーズに回転させることができる。

図１３は、この発明の第３の実施形態を示す。ミラーホルダー３４から突出されたロッド３６の先端に球３７が固定されている。球３７がリングヒンジ４０と嵌合されている。リングヒンジ４０がピエゾレッグスモータ２０のドライブロッド２３と固定されている。リングヒンジ４０は、図１３Ｂに示されるように、球３７の上下に隙間が生じる角形状の開口を有している。隙間を設けることによって、上下方向の機械的位置調整が完全でもなくても、球３７とリングヒンジ４０とが噛み合うことを防止でき、ミラーホルダー３４をスムーズに回転させることができる。

図１４は、この発明の第４の実施形態を示す。ミラーホルダー３４から突出されたロッド３６の先端に球３７が固定されている。球３７がコ字形ヒンジ４１と嵌合されている。コ字形ヒンジ４１は、開口から球３７が挿入され、両側と背面からコ字形ヒンジ４１が球３７を挟み込む構成とされる。

次に、図１５を参照してこの発明の第５の実施形態について説明する。ミラーホルダー３４から突出されたロッド３６の先端に球３７が固定されている。球３７がマグネットジョイントの円柱部４２の受け部に配置される。

図１６に拡大して示すように、円柱部４２には、内部にマグネットとヨークとが埋め込まれており、例えば鋼の球３７を磁力のみで吸着する構成とされている。球３７に対してネジ４３が設けられており、ネジ４３がロッド３６と球３７とを連結するために使用される。磁気力で吸着される構造のために、ガタなくミラーホルダー３４を回転させることができる。

図１７は、この発明の第６の実施形態を示す。ミラーホルダー３４に対してマグネット４４が設けられている。マグネット４４と磁力で結合する他のマグネット４５がドライブロッド２３に取り付けられている。マグネット４４の吸着面が円筒面の一部を形成する。磁力による吸着を利用しているので、ガタなくミラーホルダー３４を回転させることができる。

図１８は、この発明の第７の実施形態を示す。ミラーホルダー３４がバネ４６によって一方向（図１８に向かってみて下方向）に押される。ピエゾレッグスモータ２０のドライブロッド２３の先端がミラーホルダー３４に設けられた半球状の接触部４７と接触される。ドライブロッド２３がスライドすることによって、ミラーホルダー３４が回転する。

図１９は、この発明の第８の実施形態を示す。第８の実施形態では、ピエゾレッグスモータに代えてピエゾアクチュエータ５１を使用する。ピエゾアクチュエータ５１は、箱状のもので、内部に圧電素子が配され、ケーブル５２ａおよび５２ｂを介して駆動電圧を供給することによって、圧電素子が伸縮し、伸縮によって可動板５３が矢印で示すように変位する。

可動板５３の一部にコ字状の凹部が設けられ、凹部の中にミラーホルダー３４から突出されたロッド３６の先端に固定された球３７が嵌合されている。したがって、ピエゾアクチュエータ５１を駆動することによってグレーティング３および半透過ミラー３２を回転させることができる。

ピエゾアクチュエータ５１は、ピエゾレッグスモータ２０と比較して圧電素子の伸びる量が数十μｍと小さいために、波長の変化範囲が±１ｎｍ程度と狭くなる。しかしながら、波長の変化範囲が狭くても良い用途には、第７の実施形態を使用することができる。

ピエゾアクチュエータ５１を使用する場合には、図１１に示すフローチャートで示される制御方法を適用できる。また、変位量を歪みゲージで測定する機構が組み込まれている場合では、２分割ディテクタが不要となり、また、レーザ光を発光させない状態でも波長を検出することができる。したがって、半導体レーザのオン、オフによって、シャッターと同様の機能を実現でき、シャッターを設けないでも良い。

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えばこの発明は、波長検出用にグレーティングを設け、波長によって１次光の回折角が変化することを検出することによって波長を検出しても良い。この場合は、半透過ミラーに代えてミラーが使用される。また、この発明は、ホログラム装置以外のレーザ光源として使用することができる。

リットロー型レーザの構成を示す略線図ある。 外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光のスペクトラムを示す図である。 チューナブルレーザの波長変化の一例を示すグラフである。 合わせ鏡の構成のリットロー型レーザの構成を示す略線図ある。 合わせ鏡の構成のリットロー型レーザの構成に関してレーザ出射光の方向が変化しないことを説明するための略線図である。 ピエゾレッグスモータの動作原理を説明するための略線図である。 ピエゾレッグスモータの一例の正面図、平面図，側面図および斜視図である。 この発明の第１の実施形態の平面図および側面図である。 グレーティングの傾きによる波長変化を説明するための略線図である。 この発明の第１の実施形態におけるグレーティングの傾きによる波長変化を説明するための平面図である。 この発明の第１の実施形態における波長制御の動作を示すフローチャートである。 この発明の第２の実施形態の平面図および側面図である。 この発明の第３の実施形態の平面図および側面図である。 この発明の第４の実施形態の平面図および側面図である。 この発明の第５の実施形態の平面図である。 この発明の第５の実施形態に使用したマグネットジョントの一例の平面図である。 この発明の第６の実施形態の平面図および側面図である。 この発明の第７の実施形態の平面図および側面図である。 この発明の第８の実施形態の平面図である。

符号の説明

１・・・レーザダイオード
２・・・コリメーターレンズ
３・・・グレーティング
８・・・ミラー
２０・・・ピエゾレッグスモータ
２３・・・ドライブロッド
３２・・・半透過ミラー
３３・・・２分割ディテクタ
３４・・・ミラーホルダー
３７・・・球
３８・・・リングヒンジ
５１・・・ピエゾアクチュエータ

Claims (7)

1. 半導体レーザからのレーザ光を受光し、所定の波長の１次回折光を上記半導体レーザに向けて出射し、０次光を反射する回折格子と、
   上記回折格子によって反射された０次光を反射する反射手段と、
   上記回折格子と上記反射手段の開き角を一定に維持した状態で、上記回折格子および上記反射手段を保持すると共に、
   上記回折格子の表面の延長線と上記反射手段の表面の延長線との交点を支点として、回転自在に構成された保持手段と、
   ピエゾ圧電効果による圧電素子の伸びまたは縮みにより生じた直線運動によって上記保持手段を回転させるリニア駆動手段とを備えたレーザ装置。
2. 請求項１において、
   上記リニア駆動手段は、上記半導体レーザからのレーザ光の入射角を０．０１５°より小なるステップで変化させるように、上記保持手段を回転させるレーザ装置。
3. 請求項１において、
   上記回折格子の傾きに対応するレーザ光の波長を検出する検出手段を備え、
   検出された波長が指定波長となるように、上記リニア駆動手段を制御するレーザ装置。
4. 請求項３において、
   上記検出手段は、
   上記反射手段を透過した光が入射される２分割ディテクタであるレーザ装置。
5. 請求項３において、
   上記検出手段は、
   上記リニア駆動手段の変位を検出するセンサーであるレーザ装置。
6. 請求項１において、
   上記保持手段から突出して設けられた球体と、上記リニア駆動手段の直線運動を行う移動体に設けられた受け部とが嵌合する連結部を有するレーザ装置。
7. 半導体レーザからのレーザ光を受光し、所定の波長の１次回折光を上記半導体レーザに向けて出射し、０次光を反射する回折格子と、上記回折格子によって反射された０次光を反射する反射手段と、上記回折格子と上記反射手段の開き角を一定に維持した状態で、上記回折格子および上記反射手段を保持すると共に、上記回折格子の表面の延長線と上記反射手段の表面の延長線との交点を支点として、回転自在に構成された保持手段と、ピエゾ圧電効果による圧電素子の伸びまたは縮みにより生じた直線運動によって上記保持手段を回転させるリニア駆動手段と、上記回折格子の傾きに対応するレーザ光の波長を検出する検出手段を備えるレーザ装置であって、上記回折格子の角度を変化させる駆動方法において、
   上記検出手段により検出された上記波長が指定した波長に一致するか否かを判定する判定ステップと、
   上記判定ステップで検出された上記波長が指定した波長に一致すると判定された場合に、上記リニア駆動手段を停止させるステップと、
   上記判定ステップで検出された上記波長が指定した波長に一致しないと判定された場合に、検出された上記波長が上記指定波長に近づくように、上記リニア駆動手段を駆動するステップとからなる駆動方法。
   

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