JP2009068911A - Wavelength displacement detection device, laser light source device, and control method of laser light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部共振器型半導体レーザを含むレーザ光源装置に関するものであり、特に、外部共振器型半導体レーザの波長の変位を検出する波長変位検出装置、レーザ光源装置およびレーザ光源装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a laser light source device including an external resonator type semiconductor laser, and in particular, a wavelength displacement detection device, a laser light source device, and a control method for the laser light source device that detect a wavelength shift of an external resonator type semiconductor laser. About.
ホログラムを利用して情報記録媒体に情報を記録するホログラム記録は、一般的に、イメージ情報を含む物体光と記録用の参照光とを情報記録媒体の内部で重ね合わせ、その時にできる干渉パターンを情報記録媒体に書き込むことによって行なわれる。 Hologram recording in which information is recorded on an information recording medium using a hologram is generally performed by superimposing object light containing image information and recording reference light inside the information recording medium, and creating an interference pattern that can be generated at that time. This is done by writing to an information recording medium.
情報記録媒体に記録された情報の再生時には、その情報記録媒体に再生用の参照光を照射することで、干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される。 At the time of reproducing the information recorded on the information recording medium, image information is reproduced by diffracting by the interference pattern by irradiating the information recording medium with a reference light for reproduction.
近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラム、特に、デジタルボリュームホログラムが実用域で開発され、注目を集めている。ボリュームホログラムとは、情報記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、情報記録媒体に対して3次元的に干渉パターンを書き込むホログラム記録方式である。 In recent years, volume holograms, particularly digital volume holograms, have been developed in practical use for ultra-high density optical recording, and are attracting attention. The volume hologram is a hologram recording method in which an interference pattern is three-dimensionally written on an information recording medium by actively utilizing the thickness direction of the information recording medium.
ボリュームホログラムでは、情報記録媒体の厚みを増すことで回折効率を高められ、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。 Volume holograms are characterized in that the diffraction efficiency can be increased by increasing the thickness of the information recording medium, and the recording capacity can be increased by using multiple recording.
デジタルボリュームホログラムとは、ボリュームホログラムと同様の情報記憶媒体および記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は2値化されたデジタルパターンに限定されたコンピュータ指向のホログラム記録方式である。 The digital volume hologram is a computer-oriented hologram recording method in which image information to be recorded is limited to a binarized digital pattern while using the same information storage medium and recording method as the volume hologram.
デジタルボリュームホログラムでは、たとえば、アナログ的な絵のような画像情報も一旦デジタイズして2次元デジタルパターン情報に展開し、これをイメージ情報として記録する。 In the digital volume hologram, for example, image information such as an analog picture is once digitized and developed into two-dimensional digital pattern information, which is recorded as image information.
しかし、ホログラフィック記録の場合、記録時には物体光と記録用の参照光との干渉パターンを記録し、再生時には再生用の参照光と干渉パターンとの回折を再生する。このため、ホログラフィック記録の場合には、参照光が記録時と再生時とにおいて同じ角度で正確に入射し、また、光源の波長に関しても記録時と同じ波長で再生しなければ、回折効率が極端に低下して再生が困難となるという問題があった。 However, in the case of holographic recording, the interference pattern between the object beam and the recording reference beam is recorded during recording, and the diffraction between the reproduction reference beam and the interference pattern is reproduced during reproduction. For this reason, in the case of holographic recording, the reference light is accurately incident at the same angle at the time of recording and at the time of reproduction, and the diffraction efficiency is improved unless the light source wavelength is reproduced at the same wavelength as at the time of recording. There has been a problem that the reproduction is difficult due to the extreme decrease.
それゆえ、ホログラフィック記録を実用化する際には、情報記録媒体と参照光との相対的な傾きや位置を補正したり、レーザ光の発振波長を正確に制御する手段が重要となってくる。 Therefore, when holographic recording is put to practical use, means for correcting the relative inclination and position of the information recording medium and the reference light and accurately controlling the oscillation wavelength of the laser light are important. .
一方、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(second harmonic generation laser)を用いられることも多いが、これらは大型であるため、マルチモード発振である半導体レーザに、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し、小型のホログラム記録再生用の光源として使用することが提案されている。 On the other hand, a gas laser or SHG laser (second harmonic generation laser), which is a single mode light source, is often used as a light source for hologram recording and reproduction. It has been proposed that a single mode is obtained by combining with an external resonator and used as a light source for small hologram recording and reproduction.
図11は、リトロー型と呼ばれる外部共振器型半導体レーザ1について説明する図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining an external resonator
図11を参照して、外部共振器型半導体レーザ1は、半導体レーザ2と、コリメータレンズ3と、回折格子4とを含む。
Referring to FIG. 11, external resonator
半導体レーザ2から出射されたマルチモードのレーザ光12Aは、コリメータレンズ3によって平行にされ、反射型の回折格子4に入射される。
Multi-mode laser light 12 </ b> A emitted from the
回折格子4は、各モードの1次回折光を発生し、その配置角度に応じて、特定の1次回折光12Bが、コリメータレンズ3を介して半導体レーザ2に帰還することになる。
The diffraction grating 4 generates first-order diffracted light of each mode, and specific first-order diffracted
この結果、半導体レーザ2に帰還した1次回折光12Bに共振して単一モードの光が出射されるようになり、その光の波長は回折格子4から戻った1次回折光12Bの波長と同じになる。
As a result, the first-order diffracted
さらに、回折格子4に入射したレーザ光の0次光(反射光)13は外部に出射され、ホログラム記録再生装置の外部共振器型半導体レーザ1の出射光となる。
Further, the 0th-order light (reflected light) 13 of the laser light incident on the diffraction grating 4 is emitted to the outside and becomes the emitted light of the external resonator
このリトロー型の外部共振器型半導体レーザにおける波長可変の原理について説明する。 The principle of variable wavelength in this Littrow type external cavity semiconductor laser will be described.
回折格子4は、格子溝方向に垂直な面内で回転可能な構造となっている。
半導体レーザ2に帰還される光の波長は、回転可動な回折格子4の配置角度(回転角度)を変えることによって調整することができる。
The diffraction grating 4 has a structure that can rotate in a plane perpendicular to the grating groove direction.
The wavelength of the light fed back to the
このような外部共振器型半導体レーザをホログラム記録再生装置に適用することで、記録または再生に最適な発振波長に微調整することが可能である。 By applying such an external resonator type semiconductor laser to a hologram recording / reproducing apparatus, it is possible to finely adjust the oscillation wavelength optimal for recording or reproduction.
図12は、図11で説明した外部共振器型半導体レーザから出力されるレーザ光のレーザパワーと波長との関係を説明する図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the laser power and the wavelength of the laser light output from the external resonator type semiconductor laser described in FIG.
図12に示されるグラフの横軸はレーザパワーを示し、縦軸は波長を示している。
ここで、レーザ光の波長は、模式的に表すとのこぎり状の変化を示す。外部共振器型半導体レーザでは、レーザパワーの増加、すなわち駆動電流の増加に伴って出射されたレーザ光の波長が徐々に大きくなる領域と、レーザパワーが増加した場合に、半導体レーザ内のレーザチップのモードホップによりレーザ光の波長が急激に小さくなる領域とが存在する。
The horizontal axis of the graph shown in FIG. 12 indicates the laser power, and the vertical axis indicates the wavelength.
Here, the wavelength of the laser beam shows a saw-like change when schematically represented. In an external cavity semiconductor laser, the laser power increases, that is, the region where the wavelength of the emitted laser light gradually increases as the drive current increases, and the laser chip in the semiconductor laser when the laser power increases. There is a region where the wavelength of the laser beam is rapidly reduced by the mode hop.
そのためレーザ光の波長は、レーザパワーの増加に伴い、ある程度離散的に変化する。
レーザ光の波長が徐々に大きくなる領域では、たとえば、完全な単一波長であるシングルモードとなっている場合と、外部共振器とレーザチップとの距離で決まる0.005nm程度の波長間隔のモードが2〜3本発生するマルチモード状態が発生する。
For this reason, the wavelength of the laser light changes discretely to some extent as the laser power increases.
In the region where the wavelength of the laser light gradually increases, for example, a single mode that is a complete single wavelength, and a mode with a wavelength interval of about 0.005 nm determined by the distance between the external resonator and the laser chip. A multi-mode state occurs in which two to three occur.
また、レーザ光の波長が急激に小さくなる領域では、大きな波長間隔0.04nm程度異なるモードが発生するマルチモード状態となる。 Further, in a region where the wavelength of the laser beam is rapidly reduced, a multi-mode state is generated in which different modes having a large wavelength interval of about 0.04 nm are generated.
前者の場合は、マルチモードの間隔が小さいためホログラム記録再生特性には大きな影響は及ぼさず、使用可能領域であるのに対し、後者の場合は、マルチモードの間隔が大きく記録再生特性に悪影響を与えるので、使用を避ける使用不可領域となる。 In the former case, since the multi-mode interval is small, the hologram recording / reproduction characteristics are not greatly affected, and the usable area, whereas in the latter case, the multi-mode interval is large and the recording / reproduction characteristics are adversely affected. Therefore, it becomes an unusable area to avoid use.
レーザパワーとレーザ光の波長との関係は、外部共振器型半導体レーザ内の温度によって変動するので、環境温度の変化やレーザ駆動電流による発熱等により、使用不可領域となるレーザパワーの位置が変化する。 Since the relationship between the laser power and the wavelength of the laser light varies depending on the temperature in the external cavity semiconductor laser, the position of the laser power that becomes the unusable region changes due to changes in the environmental temperature or heat generated by the laser drive current. To do.
その使用不可領域を回避する方式として、例えば特許文献1には、2分割検出器を用いて発振モードを判定し、レーザ駆動電流を補正して、効果的に使用不可領域に属するレーザパワーの使用を回避するという方式が提案されている。
As a method for avoiding the unusable region, for example, in
これは、ウェッジプリズム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検出し、その検出結果に基づいて、使用不可領域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内の半導体レーザのパワーを制御しようとするものである。 This is to detect the wavelength of the laser beam emitted from the external resonator type semiconductor laser using a wedge prism, and based on the detection result, the external resonator type semiconductor laser is not emitted so that the laser beam in the unusable region is not emitted. The power of the semiconductor laser is to be controlled.
図13は、ウェッジプリズム17にレーザ光が入射された様子を説明する図である。
図13を参照して、レーザ光は、ウェッジプリズム17で反射し、ガラス2に入射される。z軸方向は、図13の紙面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、ウェッジプリズム17の表面および裏面に並行でかつy軸と垂直な方向であり、y軸方向は、x軸とz軸とに直交する方向である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a state in which laser light is incident on the
Referring to FIG. 13, the laser light is reflected by
図14は、z軸方向に沿ってウェッジプリズム17が配置されている場合を横から見た図である。
FIG. 14 is a side view of the case where the
図14に示されるように角度αの傾きを有し、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。 As shown in FIG. 14, it has an inclination of an angle α, and is formed such that the thickness d decreases as the coordinate advances in the z-axis direction.
図15は、光検出器8の受光面上での干渉縞のパターン25の一例を示す図である。
図15を参照して、明暗の干渉縞パターン25が示されている。なお、干渉縞パターン25の検出には、少なくとも2つのディテクタである2分割検出器が用いられる。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an
Referring to FIG. 15, a bright and dark
図16は、厚さd及び角度αをある値に設定した場合のウェッジプリズム17により反射された光の干渉縞の強度パターンを説明する図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining the intensity pattern of the interference fringes of the light reflected by the
図16において、横軸は2分割検出器の受光面上のz方向の位置、縦軸は干渉縞の明暗のピーク値を1とした場合の相対的な強度値とした場合の波長λの干渉縞の強度パターン波形81が示されている。
In FIG. 16, the horizontal axis represents the position in the z direction on the light receiving surface of the two-divided detector, and the vertical axis represents the interference of wavelength λ when the relative intensity value is 1 when the light and dark peak value of the interference fringes is 1. A fringe
図17は、厚さdを所定の値に選択した場合のウェッジプリズム17により反射された別の光の干渉縞の強度パターンを説明する図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating an interference fringe intensity pattern of another light reflected by the
図17において、ここでは、図16で説明した波長λの強度パターン波形81に対して波長約0.04nm長い波長になった場合の干渉縞の強度パターン波形82が示されている。具体的には、強度パターン波形81の位相が略反転した強度パターン波形82が示されている。
In FIG. 17, here, an
これらの干渉縞の強度パターン波形は、波長λが長くなるとx(+)方向にシフトし、角度αが大きくなるとピッチが狭くなる。 The intensity pattern waveform of these interference fringes shifts in the x (+) direction as the wavelength λ increases, and the pitch decreases as the angle α increases.
ここで、再び図12を参照して、外部共振器型半導体レーザにおけるのこぎり状の周期的な波長変化を繰り返すレーザ光の波長変化における波長の下限をλA(一例として409.72nm)、上限をλB(409.76nm)とする。なお、その差、0.04nmである。 Here, referring again to FIG. 12, the lower limit of the wavelength in the wavelength change of the laser light that repeats the sawtooth periodic wavelength change in the external resonator type semiconductor laser is λA (409.72 nm as an example), and the upper limit is λB (409.76 nm). The difference is 0.04 nm.
外部共振器型半導体レーザの駆動電流を上げてレーザパワーを増加させていくと、最初は、波長λAの光の反射光による強度パターン波形81が現れ、その後、外部共振器型半導体レーザのレーザパワーを増加していくと、波長はλAからλBの方向に徐々に変化して強度パターン波形82に近づくことになる。その後、さらにレーザパワーを増加していくと、波長λAと波長λBの両方の強度パターン波形が存在する状態となる。
When the laser power is increased by increasing the drive current of the external cavity semiconductor laser, an
そして、その後、波長λAの強度パターン波形81のみとなる。その後はこのような干渉縞の強度パターン波形が周期的に現れる。
After that, only the
次に、この特許文献1における干渉縞の強度パターン波形(強度分布変化)から波長のモード状態を判定する方式について説明する。
Next, a method of determining the mode state of the wavelength from the intensity pattern waveform (intensity distribution change) of the interference fringes in
図18は、波長λA〜λBまで波長が変化した場合の強度パターン波形を説明する図である。下限波長λAを409.72nm(強度パターン波形81)、上限波長λBを409.76nm(強度パターン波形82)、その中間の波長λCとして409.73nm(強度パターン波形83)、波長λDとして409.74nm(強度パターン波形84)、波長λEとして409.75nm(強度パターン波形85)の波形曲線が示されている。 FIG. 18 is a diagram for explaining an intensity pattern waveform when the wavelength is changed from wavelengths λA to λB. The lower limit wavelength λA is 409.72 nm (intensity pattern waveform 81), the upper limit wavelength λB is 409.76 nm (intensity pattern waveform 82), the intermediate wavelength λC is 409.73 nm (intensity pattern waveform 83), and the wavelength λD is 409.74 nm. (Intensity pattern waveform 84), a waveform curve of 409.75 nm (intensity pattern waveform 85) is shown as wavelength λE.
そして、図18に示されるように、ある位置の前後に、それぞれ2分割検出器を構成する第1の受光素子8bと第2の受光素子8cを並べ、それによってそれぞれ検出された光強度の差を示す差動信号を生成する。
Then, as shown in FIG. 18, the first
受光素子8bによって検出される光の位置は、矢印PBによって示されており、受光素子8cによって検出される光の位置は、矢印PCによって示されている。
The position of light detected by the
上述したように外部共振器型半導体レーザのレーザパワーの増加、すなわち駆動電流の増加に伴って波長がλA〜λBまで変化するが、さらに増加すると、急激に波長が変化して、再びλAに戻り、この変化を周期的に繰り返すことになる。 As described above, the wavelength changes from λA to λB with the increase of the laser power of the external cavity semiconductor laser, that is, with the increase of the drive current, but when it further increases, the wavelength changes abruptly and returns to λA again. This change is repeated periodically.
また、この急激な変化が生じる際には、波長λA付近の波長の光とλB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(使用不可領域の光)となる。 Further, when this abrupt change occurs, light having a wavelength in the vicinity of the wavelength λA and light having a wavelength in the vicinity of λB are mixed and become light unsuitable for hologram recording or the like (light in an unusable region).
図19は、波長λA付近の波長の光と波長λB付近の波長の光とが混在した場合を説明する図である。 FIG. 19 is a diagram illustrating a case where light having a wavelength near the wavelength λA and light having a wavelength near the wavelength λB are mixed.
図19に示されるように、この場合、2つの位相が略反転した波長λAおよびλBの強度パターン波形81Aおよび82Bが生じることとなる。すなわち、干渉縞が重なるため、一様分布に近いコントラストの小さい明暗パターンとなる。 As shown in FIG. 19, in this case, intensity pattern waveforms 81A and 82B of wavelengths λA and λB in which two phases are substantially inverted are generated. That is, since interference fringes overlap, a light and dark pattern with a small contrast close to a uniform distribution is obtained.
したがって、図18で説明した2分割検出器で検出した場合の光強度の差を示す差分値は0に近い値となる。 Accordingly, the difference value indicating the difference in light intensity when detected by the two-divided detector described in FIG. 18 is a value close to zero.
一方、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が、レーザパワーの増
加に応じて単調に上昇する場合(使用可能領域)ではシングルモード、あるいは非常に近い波長の2モード、あるいは3モードの光となる場合は、代表的なピークを構成する波長のシングルモードの光が射出されると仮定する。
On the other hand, when the wavelength of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser monotonously increases (usable region) in accordance with the increase of the laser power, the single mode, or the two modes with very close wavelengths, or 3 In the case of mode light, it is assumed that single mode light having a wavelength constituting a typical peak is emitted.
再び図18を参照して、波長が、409.73nm(強度パターン波形83)である場合には、2分割検出器を構成する受光素子8bおよび受光素子8cによって検出される光量には大きな差があり、差分値も大きな値となる。波長409.74nm(強度パターン波形84)については、光量にそれほど差がなく0に近い差分値が得られる。
Referring to FIG. 18 again, when the wavelength is 409.73 nm (intensity pattern waveform 83), there is a large difference in the amount of light detected by the
図20は、波長変化に対する差分値を説明する図である。
図20に示されるように、使用不可領域の差分値の絶対値は、使用可能領域において得られた差分値の絶対値よりも大きいことが示されている。したがって、特許文献1においては、当該差分値に基づいてレーザ光の波長λAが下限の409.72nm(あるいは波長λBである上限の409.76nm)に近づいたことを検出し、モード状態を判定している。そして、その場合に、半導体レーザのレーザパワーを所定の値だけ変化させて、これらの波長の光が混在するモードすなわち使用不可領域を回避するよう制御する方式が提案されている。
As shown in FIG. 20, it is shown that the absolute value of the difference value in the unusable area is larger than the absolute value of the difference value obtained in the usable area. Therefore, in
しかしながら、上記特許文献1のように、ウェッジプリズムの反射光の干渉縞から2分割検出器を用いて波長判定を行う場合、2分割光検出器の差分値を安定的に検出するには、ウェッジプリズムのウェッジ角度公差を極めて小さくする必要がある。
However, as in
角度公差が大きい場合、すなわち形成される干渉縞のピッチが設計値より大きくずれる場合には正常な差分値信号が得られなくなる可能性がある。 When the angle tolerance is large, that is, when the pitch of the formed interference fringes deviates from the design value, there is a possibility that a normal difference value signal cannot be obtained.
また、2分割検出器の形状、配置、位置公差に厳しい制約が課されることにもなる。
本発明の目的は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、簡易な方式により、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光について波長の変位を検出する波長変位検出装置、レーザ光源装置およびレーザ光源装置の制御方法を提供することである。
In addition, severe restrictions are imposed on the shape, arrangement, and position tolerance of the two-divided detector.
An object of the present invention is to solve the above-described problem, and a wavelength displacement detection that detects a wavelength displacement of a laser beam emitted from an external cavity semiconductor laser by a simple method. An apparatus, a laser light source device, and a control method of the laser light source device are provided.
本発明に係る波長変位検出装置は、平行平板に入射された光について表面で反射された光と、裏面で反射された光を集光する集光手段と、集光手段により集光された光を検出する光検出手段とを含む。 The wavelength displacement detection device according to the present invention includes light that is reflected on the front surface of light incident on a parallel plate, light collecting means that collects light reflected on the back surface, and light that is collected by the light collecting means. And a light detection means for detecting.
好ましくは、平行平板の厚さtは、検出すべき波長範囲の中心値λに対して、m×λ=2×n×t×cos(θ#)、かつsin(θ#)=sin(θ)/n(但し、mは整数、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)を満たすように設定される。 Preferably, the parallel plate thickness t is m × λ = 2 × n × t × cos (θ #) and sin (θ #) = sin (θ) with respect to the center value λ of the wavelength range to be detected. ) / N (where m is an integer, n is the refractive index of the parallel plate material, and θ is the incident angle of light).
特に、平行平板の厚さtは、検出すべき波長範囲Hに対して、λ2=2×n×t×cos(θ#)×H、かつsin(θ#)=sin(θ)/n(但し、λは光の波長、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)を満たすように設定される。 In particular, the thickness t of the parallel plate is λ 2 = 2 × n × t × cos (θ #) × H and sin (θ #) = sin (θ) / n with respect to the wavelength range H to be detected. Where λ is the wavelength of light, n is the refractive index of the parallel plate material, and θ is the incident angle of light.
本発明に係るレーザ光源装置は、外部共振器型半導体レーザと、外部共振器型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する平行平板と、平行平板に入射された光について表面で反射された光と、裏面で反射された光を集光する集光手段と、集光手段により集光された光を検出する光検出手段とを含む。 The laser light source device according to the present invention includes an external resonator type semiconductor laser, a parallel plate that receives a part of laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser, and a surface that reflects light incident on the parallel plate. And a light collecting means for collecting the light reflected by the back surface, and a light detecting means for detecting the light collected by the light collecting means.
好ましくは、平行平板の厚さtは、発振中心波長Wに対して、m×W=2×n×t×cos(θ#)、かつsin(θ#)=sin(θ)/n(但し、mは整数、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)を満たすように設定される。 Preferably, the thickness t of the parallel plate is m × W = 2 × n × t × cos (θ #) and sin (θ #) = sin (θ) / n (wherein the oscillation center wavelength W is , M is an integer, n is a refractive index of a parallel plate material, and θ is an incident angle of light).
特に、平行平板の厚さtは、外部共振器型半導体レーザの縦モード発振間隔Lに対して、W2=2×n×t×cos(θ#)×L、かつsin(θ#)=sin(θ)/n
(但し、λは光の波長、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)を満たすように設定される。
In particular, the thickness t of the parallel plate is such that W 2 = 2 × n × t × cos (θ #) × L and sin (θ #) = with respect to the longitudinal mode oscillation interval L of the external cavity semiconductor laser. sin (θ) / n
Where λ is the wavelength of light, n is the refractive index of the parallel plate material, and θ is the incident angle of light.
本発明に係るレーザ光源装置は、外部共振器型半導体レーザと、外部共振器型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する平行平板と、平行平板に入射された光について表面で反射された光と、裏面で反射された光を集光する集光手段と、集光手段により集光された光を検出する光検出手段と、外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定の値だけ増加または減少させた場合のその前後での光検出手段で検出される光強度に基づく光検出信号の差分値に基づいて、外部共振器型半導体レーザの発振波長の変位を検出する変位検出手段と、変位検出手段の検出結果に基づいて外部共振器型半導体レーザの駆動電流を調整するための調整手段とを含む。 The laser light source device according to the present invention includes an external resonator type semiconductor laser, a parallel plate that receives a part of laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser, and a surface that reflects light incident on the parallel plate. And a light collecting means for collecting the reflected light and the light reflected from the back surface, a light detecting means for detecting the light collected by the light collecting means, and a drive current of the external resonator type semiconductor laser at a predetermined value. Displacement detecting means for detecting the displacement of the oscillation wavelength of the external resonator type semiconductor laser based on the difference value of the light detection signal based on the light intensity detected by the light detecting means before and after the increase or decrease And adjusting means for adjusting the drive current of the external resonator type semiconductor laser based on the detection result of the displacement detecting means.
本発明に係るレーザ光源装置の制御方法は、外部共振器型半導体レーザと、外部共振器型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する平行平板と、平行平板に入射された光について表面で反射された光と、裏面で反射された光を集光する集光手段と、集光手段により集光された光を検出する光検出手段と、外部共振器型半導体レーザの駆動電流を調整する調整手段とを含むレーザ光源装置の制御方法であって、外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量増加させた駆動電流で駆動するステップと、外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量増加させた場合の光検出手段で検出される光強度に基づく光検出信号を測定するステップと、外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量減少させた駆動電流で駆動するステップと、外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量減少させた場合の光検出手段で検出される光強度に基く光検出信号を測定するステップと、外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量増加および減少させた駆動電流で駆動させた場合の光検出信号の差の絶対値を許容誤差と比較するステップと、比較に基いて駆動電流を調整するステップとを含む。 The laser light source device control method according to the present invention includes an external resonator type semiconductor laser, a parallel plate that receives a part of laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser, and light incident on the parallel plate. The light collecting means for collecting the light reflected on the front surface and the light reflected on the back surface, the light detecting means for detecting the light collected by the light collecting means, and the drive current of the external resonator type semiconductor laser A method for controlling a laser light source device including an adjusting means for adjusting, the step of driving with a drive current obtained by increasing a drive current of an external cavity semiconductor laser by a predetermined amount, and a drive current of an external cavity semiconductor laser A step of measuring a light detection signal based on the light intensity detected by the light detection means when the predetermined amount is increased, and a step of driving the drive current of the external cavity semiconductor laser by a predetermined amount; Measuring the light detection signal based on the light intensity detected by the light detecting means when the drive current of the external cavity semiconductor laser is decreased by a predetermined amount, and increasing the drive current of the external resonator semiconductor laser by a predetermined amount And comparing the absolute value of the difference between the photodetection signals when driven with the reduced drive current with an allowable error, and adjusting the drive current based on the comparison.
本発明に係る波長変位検出装置は、平行平板に入射された光について表面で反射された光と、裏面で反射された光を集光する集光手段と、集光手段により集光された光を検出する光検出手段とを含む構成である。すなわち、ウェッジプリズムではなく平行平板を使用して波長変位を検出するので、光を反射・干渉させる面の平行度は安価に高精度が得られるため、低コストで高精度の波長変位検出が可能である。 The wavelength displacement detection device according to the present invention includes light that is reflected on the front surface of light incident on a parallel plate, light collecting means that collects light reflected on the back surface, and light that is collected by the light collecting means. And a light detecting means for detecting. In other words, the wavelength displacement is detected using a parallel plate instead of a wedge prism, so the parallelism of the light reflecting / interfering surface can be obtained with high accuracy at low cost, enabling highly accurate wavelength displacement detection at low cost. It is.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施の形態に従うホログラム情報処理装置の概略的な構成を説明する図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a hologram information processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、本発明の実施の形態に従うホログラム情報処理装置は、記録再生用の波長可変レーザ光源1と、レーザ調整部11と、第1のビームスプリッタ62と、第1の反射ミラー63と、空間光変調器64と、第1のリレーレンズ65(65a,65b)と、第2の反射ミラー66と、第2のビームスプリッタ67と、第2のリレーレンズ68(68a,68b)と、対物レンズ69と、撮像素子70と、第3の反射ミラー61と、第1のガルバノミラー72と、レンズ系73(73a,73b)と、第2のガルバノミラー74とを備える。
Referring to FIG. 1, a hologram information processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a tunable
波長可変レーザ光源1から出た光は、後述するレーザ調整部の第3のビームスプリッタ6を通過後、第1のビームスプリッタ62および第1の反射ミラー63で反射され、空間光変調器64で反射される。そして、第1のリレーレンズ65を通過した後、さらに第2の反射ミラー66で反射されて、第2のビームスプリッタ67および第2のリレーレンズ68を通過した後、第1対物レンズ69によりホログラム記録媒体71に照射される。
The light emitted from the wavelength tunable
空間光変調器64は、例えば、多数の微小ミラーがその反射面を変更可能に格子状に配列されたDMD(Digital Mirror Device)からなり、デジタルデータを構成する各ビットに微小ミラーを対応させ、当該ビットの内容(「0」か「1」)に応じて反射角を変化させることよりホログラム記録媒体20に照射すべき記録すべきデジタルデータに応じた光像を生成するものである。
The spatial
この光は記録光として、対物レンズ69によりホログラム記録媒体71の記録層に結像するように焦点が調節されている。
The focus of this light is adjusted so as to form an image on the recording layer of the
また、第1ビームスプリッタ62を透過した光は、さらに第3の反射ミラー61で反射され、第1のガルバノミラー72によりその光軸が記録光の光軸側に変更される。そして、レンズ系73を通過した後、参照光として記録光の光軸に対して所定の入射角でホログラム記録媒体71に入射される。
The light transmitted through the
ホログラム記録媒体71に入射された記録光と参照光とは、互いに干渉してホログラムを発生し、このホログラムがホログラム記録媒体71に記録される。
The recording light and the reference light incident on the
再生時は、記録時と同じく参照光を照射するが、ホログラム記録媒体71を通過した後、第2のガルバノミラー74で往路と同じ角度で反射された光によって発生する回折光(再生光)を用いる。
At the time of reproduction, the reference light is irradiated as in the case of recording, but after passing through the
この回折光は第1の対物レンズ69、第2のリレーレンズ68を通って第2のビームスプリッタ67により、撮像素子70に入射される。
The diffracted light passes through the first
撮像素子70は、複数の光電変換素子が空間光変調器64以上の解像度で格子状に配列されたエリアセンサからなり、例えばCCD(Charge-Coupled Device)エリアセンサやCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)を採用したCMOSセンサーなどが用いられる。
The
そしてこの撮像素子70で検出された信号をもとに2次元パターン情報を再生し、ホログラム記録媒体に記録されていた記録データを読み取る。
Then, the two-dimensional pattern information is reproduced based on the signal detected by the
図2は、本発明の実施の形態に従う記録再生用の波長制御システムの構成図である。
なお、波長制御システムは、波長可変レーザ光源1およびレーザ調整部11とで構成される。
FIG. 2 is a configuration diagram of a wavelength control system for recording / reproduction according to the embodiment of the present invention.
The wavelength control system includes a wavelength tunable
本発明は、外部共振器型半導体レーザのレーザ光の一部を受光して、平行平板により干渉パターンを生成し、干渉パターンの光強度を検出して、レーザ光の波長変位を判定し、使用不可領域であるマルチモード状態のレーザ光の使用を回避させるレーザ制御に関するものである。 The present invention receives a part of the laser light of an external cavity semiconductor laser, generates an interference pattern by a parallel plate, detects the light intensity of the interference pattern, determines the wavelength displacement of the laser light, and uses it The present invention relates to laser control for avoiding the use of laser light in a multimode state that is an unusable region.
図2を参照して、本発明の実施の形態に従う波長可変レーザ光源1は、半導体レーザと外部共振器とを組み合わせたリトロー型と呼ばれる外部共振器型半導体レーザを構成している。外部共振器構造を用いて発振スペクトルの狭窄化と、シングルモード発振が可能となる。
Referring to FIG. 2, wavelength tunable
波長可変レーザ光源1は、半導体レーザ2と、コリメータレンズ3と、回折格子4と、回転機構5と、ペルチェ素子18とを含む。
The wavelength tunable
半導体レーザ2から出射されたマルチモード発振しているレーザ光12Aが、コリメータレンズ3によって平行にされ、反射型の回折格子4に入射される。
A laser beam 12 </ b> A emitted from the
回折格子4は、各モードの1次回折光を発生し、その配置角度に応じて、特定の1次回折光12Bが、コリメータレンズ3を介して半導体レーザ2に帰還する。
The diffraction grating 4 generates first-order diffracted light of each mode, and specific first-order diffracted light 12B is fed back to the
この結果、半導体レーザ2に帰還した1次回折光12Bに共振して単一モードの光を出射するようになり、その光の波長は回折格子4から戻った1次回折光12Bの波長と同じになる。
As a result, the first-order diffracted light 12B fed back to the
このリトロー型の外部共振器型半導体レーザである波長可変レーザ光源1においては、回折格子4は、回転機構5によって格子溝方向に垂直な面内で回転させ、半導体レーザ2に帰還される光の波長をかえることによって、レーザとしての発振波長を調整することが可能である。
In the wavelength tunable
さらに、回折格子4に入射されたレーザ光の0次光(反射光)13は外部に出射される。
また、ペルチェ素子18は、半導体レーザ2と熱伝導体を介して熱的に接続され、半導体レーザ2の温度を調整するために設けられている。なお、ペルチェ素子18は、本例においては、図示しないが一例としてレーザ制御回路10内の調整回路により制御されるものとする。具体的には、調整回路は、温度を検出する温度検出器と、ペルチェ素子に電力を供給する電力供給回路とを含み、温度検出器による温度の検出結果に基いて電力供給回路からペルチェ素子18に供給される電力を調整することにより半導体レーザ2の温度を調整することが可能である。
Further, the zero-order light (reflected light) 13 of the laser light incident on the diffraction grating 4 is emitted to the outside.
The
レーザ調整部11は、第3のビームスプリッタ6と、平行平板7と、光電素子8aを1つ含む光検出器8と、光検出器8の検出結果に基づいてレーザ光の波長変位を判定する判定回路9と、波長可変レーザ光源1の半導体レーザ2の駆動電流を制御するレーザ制御回路10と、集光レンズ20とを含む。なお、レーザ制御回路10は、図示しないが外部からの指示に応答して半導体レーザ2の駆動電流を制御するとともに、判定回路9からの判定結果に基づいて半導体レーザ2の駆動電流を制御するものとする。
The
回折格子4から出射された光は、第3のビームスプリッタ6で一部のレーザ光を反射する。
A part of the laser light emitted from the diffraction grating 4 is reflected by the
そして、光反射手段である平行平板7に入射された光は、平行平板7の表面で反射された光15および平行平板の裏面で反射された光16となり、集光レンズ20に射出される。
Then, the light incident on the
そして、集光レンズ20によって光検出器8の光電素子8a上に集光される。集光レンズ15により集光することで光電素子8aの面積が小さくて済むため、出力信号のSN比が向上する。また、集光された光は、光検出器8内にさえ有ればよいので光検出器の位置調整の精度を緩和することができる。
Then, the light is condensed on the photoelectric element 8 a of the
平行平板7に入射角θで入射した光14は平行平板の表面で反射された光16と裏面で反射された光15を生じる。光15と光16は集光レンズ20によって光検出器8の受光部8a上に集光される。集光レンズ20で集光することで光受光部8aの面積が小さくて良いため、出力信号のSN比が向上する。また、集光された光は受光部8a内にさえあればよいので光検出器の位置調整の精度を緩和することができる。
本例においては、光検出器上に少なくとも所定距離離れた異なる2つの受光素子を備えた従来の方式とは異なり、単一の受光素子8aで検出を行う構成である。 In this example, unlike the conventional method in which two different light receiving elements separated by at least a predetermined distance are provided on the photodetector, the detection is performed by a single light receiving element 8a.
図3は、外部共振器型半導体レーザである波長可変レーザ光源1の駆動電流と波長との関係を説明する図である。なお、ここでは、回折格子2の回転角を所定の値に設定した場合に、駆動電流を変化させて、即ち、レーザパワーを変化させていった場合の波長変化の一例が示されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the drive current and the wavelength of the wavelength tunable
図3に示されるグラフの横軸は駆動電流を示し、縦軸は波長を示している。
図12で説明したのと同様にレーザ光の波長は、模式的に表すとのこぎり状の変化を示す。上述したように外部共振器型半導体レーザでは、レーザパワーの増加、すなわち駆動電流の増加に伴って出射されたレーザ光の波長が徐々に大きくなる領域と、レーザパワーが増加した場合に、出射されたレーザ光の波長が急激に小さくなる領域とが存在する。
The horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the drive current, and the vertical axis indicates the wavelength.
As described with reference to FIG. 12, the wavelength of the laser beam schematically shows a saw-like change. As described above, the external cavity semiconductor laser emits light when the laser power increases, that is, the region where the wavelength of the emitted laser light gradually increases as the drive current increases, and when the laser power increases. In addition, there is a region where the wavelength of the laser beam decreases rapidly.
そのためレーザ光の波長は、レーザパワーの増加に伴い、ある程度離散的に変化する。
この場合の波長変化における波長の下限をλ41、上限をλ42として説明する。
For this reason, the wavelength of the laser light changes discretely to some extent as the laser power increases.
In this case, it is assumed that the lower limit of the wavelength in the wavelength change is λ41 and the upper limit is λ42.
上述したように外部共振器型半導体レーザの駆動電流を上げてレーザパワーを増加させていくと、平均的にはレーザ光の波長はλ41〜λ42に変化していくが、この間は、外部共振器型半導体レーザによる発振モードが複数発生する場合が起こるので、その中で完全なシングルモード、あるいは2または3本のマルチモード状態が繰り返し発生する。 As described above, when the drive power of the external resonator type semiconductor laser is increased to increase the laser power, the wavelength of the laser light changes on average from λ41 to λ42. Since a plurality of oscillation modes by the type semiconductor laser are generated, a complete single mode or two or three multi-mode states are repeatedly generated.
図4は、図3の状態P〜Rにおける波長スペクトラムを説明する図である。
図4(a)および(b)には、レーザ光の波長が徐々に大きくなる領域の状態PおよびQの波長スペクトラムが示されている。また、図4(c)には、レーザ光の波長が急激に小さくなる領域の状態Rの波長スペクトラムが示されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the wavelength spectrum in the states P to R of FIG.
4A and 4B show the wavelength spectrums of states P and Q in a region where the wavelength of the laser light gradually increases. FIG. 4C shows the wavelength spectrum of the state R in a region where the wavelength of the laser beam is rapidly reduced.
使用可能領域における、完全なシングルモード(図4(a))あるいは2または3本のマルチモード(図4(b))状態が繰り返し発生する場合であっても、外部共振器によるモード間隔は一般に小さいため、ホログラム記録再生用の光源として用いる場合には影響はほとんどない。 Even when a complete single mode (FIG. 4 (a)) or two or three multi-mode (FIG. 4 (b)) states repeatedly occur in the usable region, the mode spacing by the external resonator is generally Since it is small, there is almost no influence when used as a light source for hologram recording and reproduction.
しかしながら、図4(c)に示されるように、波長が上限のλ42から下限λ41へ変化する領域では、波長変化が大きいので、ホログラム記録再生用の光源として用いる場合には影響が大きい。 However, as shown in FIG. 4C, since the wavelength change is large in the region where the wavelength changes from the upper limit λ42 to the lower limit λ41, it has a great influence when used as a light source for hologram recording / reproduction.
特に、図4(c)に示されるように波長の上限λ42あるいは下限λ41付近においては、波長λ41とλ42の大きな波長差の光が同時に発生することになる。 In particular, as shown in FIG. 4C, light having a large wavelength difference between the wavelengths λ41 and λ42 is generated simultaneously in the vicinity of the upper limit λ42 or the lower limit λ41.
以下においては、使用可能領域で半導体レーザを駆動する方式について説明する。
具体的には、平行平板7を有する波長変位検出装置を用いて、平行平板7により反射されて干渉する干渉光が予め設定した波長で最大の信号強度が得られ、かつ波長が変動する上限および下限波長で最小の信号強度となるように平行平板7を設計する。
In the following, a method for driving a semiconductor laser in the usable area will be described.
Specifically, using a wavelength displacement detection device having a
次に、本発明の実施の形態に従う平行平板7の設計方法について説明する。
図5は、平行平板7に入射角θで入射した光14の反射光を説明する図である。
Next, a method for designing
FIG. 5 is a diagram for explaining the reflected light of the light 14 incident on the
図5を参照して、光15と光16とは異なる光路を通るため、光路長差に比例した位相差φを有する。位相差φは、「光波電子工学」(1978年発行 著者 小山次郎・西原浩 コロナ社 p39(2・149式))にも示されるように下記の式で表される。
Referring to FIG. 5, since
φ=4π・n・t・cos(θ#)/λ・・・式(1)
sin(θ#)=sin(θ)/n・・・式(2)
但し、nは平行平板7の材質の屈折率、tは平行平板7の厚さ、θは平行平板7に対する光14の入射角、θ#は平行平板7に対する光14の屈折角、λは光の波長である。
φ = 4π · n · t · cos (θ #) / λ (1)
sin (θ #) = sin (θ) / n (2)
Where n is the refractive index of the material of the
光15と光16とは上記の位相差φで干渉するため、波長λが変化するとその変化を光検出器8の出力変化として検出できる。
Since the light 15 and the light 16 interfere with each other with the phase difference φ, when the wavelength λ changes, the change can be detected as a change in the output of the
具体的には、平行平板7の厚さtが次式を満たすように設定する。
m×λ=2×n×t×cos(θ#)・・・式(3)
λ2=2×n×t×cos(θ#)×H・・・式(4)
sin(θ#)=sin(θ)/n・・・式(5)
但し、λは検出したい光の波長であり、この場合、図4に示す波長の変動範囲の上限と下限の中間の波長λ43とする。Hは検出したい波長の範囲であり、本例においては、図4に示す波長の変動範囲の上限と下限の幅即ち(波長λ42−波長λ41)とする。mは整数、nは平行平板の材質の屈折率、θは、平行平板に対する光の入射角である。
Specifically, the thickness t of the
m × λ = 2 × n × t × cos (θ #) (3)
λ 2 = 2 × n × t × cos (θ #) × H (4)
sin (θ #) = sin (θ) / n (5)
However, λ is the wavelength of light to be detected, and in this case, the
式(3)は、光15と光16が互いに強め合う条件であり、式(1)で位相差φに2πの整数倍すなわち2mπを代入することにより得られる。 Expression (3) is a condition for the light 15 and the light 16 to strengthen each other, and is obtained by substituting an integer multiple of 2π, that is, 2mπ, into the phase difference φ in the expression (1).
また、式(4)は光15と光16とが強めあう周期を決める条件であり、波長が(λ−H/2)及び(λ+H/2)の時、式(1)の位相差φが2mπ+π及び2mπ−πとなることより、
2mπ+π=4π×n×t×cos(θ#)/(λ−H/2)・・・式(6)
2mπ−π=4π×n×t×cos(θ#)/(λ+H/2)・・・式(7)
式(6)、式(7)の両式を変形して
λ−H/2=4π×n×t×cos(θ#)/(2mπ+π)・・・式(8)
λ+H/2=4π×n×t×cos(θ#)/(2mπ−π)・・・式(9)
式(8)、式(9)の辺々を引くと
H=4π×n×t×cos(θ#)(1/(2mπ−π)−1/(2mπ+π))
=4π×n×t×cos(θ#)(2/((4m2−1)・π))
が得られる。
Equation (4) is a condition for determining the period in which the light 15 and the light 16 are strengthened. When the wavelengths are (λ−H / 2) and (λ + H / 2), the phase difference φ in the equation (1) is From becoming 2mπ + π and 2mπ−π,
2mπ + π = 4π × n × t × cos (θ #) / (λ−H / 2) (6)
2mπ−π = 4π × n × t × cos (θ #) / (λ + H / 2) (7)
By transforming both formulas (6) and (7), λ−H / 2 = 4π × n × t × cos (θ #) / (2mπ + π) (8)
λ + H / 2 = 4π × n × t × cos (θ #) / (2mπ−π) (9)
Subtracting the sides of Equation (8) and Equation (9), H = 4π × n × t × cos (θ #) (1 / (2mπ−π) −1 / (2mπ + π))
= 4π × n × t × cos (θ #) (2 / ((4m 2 −1) · π))
Is obtained.
ここで、平行平板7の厚さtは波長より十分大きいので、m>>1となり、
H=4π×n×t×cos(θ#)(2/(4m2・π))
=2×n×t×cos(θ#)/m2・・・式(10)
が得られる。
Here, since the thickness t of the
H = 4π × n × t × cos (θ #) (2 / (4m 2 · π))
= 2 × n × t × cos (θ #) / m 2 Formula (10)
Is obtained.
式(10)に式(3)を代入して変形すると式(4)が得られる。
式(3)は、光15と光16が互いに強め合う条件であるので、式(3)、式(4)を満たすように平行平板7の厚さtと入射角θを設定すると、波長がλ43の時に光検出器8の出力は最大値になる。
Substituting equation (3) into equation (10) for transformation yields equation (4).
Since the expression (3) is a condition in which the light 15 and the light 16 strengthen each other, if the thickness t and the incident angle θ of the
また、式(3)は、光15と光16が強めあう周期を決める条件であるので、式(3)の条件と合わせて、波長の変動範囲の下限の波長λ41および上限の波長42で光15と光16が互いに打ち消しあい、光検出器8の出力が最小となる。
Further, since the equation (3) is a condition for determining the period in which the light 15 and the light 16 are strengthened, in combination with the condition of the equation (3), the light is emitted at the lower limit wavelength λ41 and the
図6は、波長λ43の時に光検出器8の出力が最大となるように平行平板7の厚さを設定した場合の光検出器の出力波形を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the output waveform of the photodetector when the thickness of the
図6を参照して、光検出器8の出力は波長変化に対して正弦波状に変化し、中心値波長λ43で光検出器8の出力は最大値をとり、波長が中心波長から変位するとその変位量に応じて光検出器8の出力が低下する。
Referring to FIG. 6, the output of the
なお、検出したい波長は、外部共振器型レーザ光源の発振中心波長Wでもあるから、式(3)、式(4)の波長λを発振中心波長Wに置き換えてもこれらの式は成立する。 Since the wavelength to be detected is also the oscillation center wavelength W of the external resonator type laser light source, these equations are satisfied even if the wavelength λ in the equations (3) and (4) is replaced with the oscillation center wavelength W.
また、図4の波長変動範囲(波長λ42−波長λ41)は、半導体レーザ2の縦モード間隔Lにほぼ等しいので式(4)のHを縦モード間隔Lに置き換えてもこれらの式は成立する。
4 is substantially equal to the longitudinal mode interval L of the
本発明の実施の形態に従う波長変位検出装置においては、1つの受光素子を有する光検出器を用いて、その光検出器内に光を集光するため、光検出器の精密な位置制御は不要であり、組立てが容易になると共に信頼性も向上する。 In the wavelength displacement detection device according to the embodiment of the present invention, since a light detector having one light receiving element is used to collect light in the light detector, precise position control of the light detector is unnecessary. Thus, the assembly is facilitated and the reliability is improved.
また、ウェッジプリズムではなく平行平板を使用するので、光を反射・干渉させる面の平行度は安価に高精度が得られるため、低コストで高精度の波長変位検出が可能である。 In addition, since a parallel plate is used instead of a wedge prism, the parallelism of the light reflecting / interfering surface can be obtained with high accuracy at low cost, so that highly accurate wavelength displacement detection can be performed at low cost.
波長変位検出装置を有するレーザ調整部の波長制御方法について述べる。
再び図3を参照して、例えば、外部共振器型レーザ光源1が曲線18aに沿って動作している場合について考える。この場合、使用可能領域の中央部を動作点とする場合が最も安全にホログラムの記録再生が行えるので、モードホップが生じる駆動電流値の中間値を動作電流値(I0)として動作させる。
A wavelength control method of the laser adjustment unit having the wavelength displacement detection device will be described.
Referring to FIG. 3 again, for example, consider the case where the external resonator type
図7は、本発明の実施の形態に従うレーザ調整部の波長制御方法について説明するフロー図である。 FIG. 7 is a flowchart illustrating a wavelength control method of the laser adjustment unit according to the embodiment of the present invention.
図7を参照して、駆動電流を動作電流値(I0)から電流変化(I1)だけ増加させて光検出器出力X1を測定する(ステップS1)。 Referring to FIG. 7, the photodetector output X1 is measured by increasing the drive current from the operating current value (I0) by a current change (I1) (step S1).
次に、駆動電流を動作電流値(I0)から電流変化(I1)だけ減少させて光検出器出力X2を測定する(ステップS2)。 Next, the photodetector output X2 is measured by reducing the drive current from the operating current value (I0) by the current change (I1) (step S2).
次に、測定した光検出器出力X1と、光検出器出力X2の差分の絶対値が許容誤差G1以内であるかどうかを判定する(ステップS3)。 Next, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the measured photodetector output X1 and the photodetector output X2 is within an allowable error G1 (step S3).
光検出器出力X1と、光検出器出力X2の差分の絶対値が許容誤差G1以内である場合には、処理を終了する。 If the absolute value of the difference between the photodetector output X1 and the photodetector output X2 is within the allowable error G1, the process is terminated.
一方、ステップS3において、光検出器出力X1と、光検出器出力X2の差分の絶対値が許容誤差G1以内でない場合には、次に、光検出器出力X1が光検出器出力X2よりも大きいかどうかを判断する(ステップS4)。 On the other hand, in step S3, if the absolute value of the difference between the photodetector output X1 and the photodetector output X2 is not within the allowable error G1, then the photodetector output X1 is greater than the photodetector output X2. Is determined (step S4).
ステップS4において、光検出器出力X1が光検出器出力X2よりも大きい場合には、動作電流(I0)を増加させる(ステップS5)。そして、再び、ステップS1に戻る。 In step S4, when the photodetector output X1 is larger than the photodetector output X2, the operating current (I0) is increased (step S5). And it returns to step S1 again.
一方、ステップS4において、光検出器出力X1が光検出器出力X2以下の場合には、動作電流(I0)を減少させる(ステップS6)。そして、再び、ステップS1に戻る。 On the other hand, when the photodetector output X1 is equal to or smaller than the photodetector output X2 in step S4, the operating current (I0) is decreased (step S6). And it returns to step S1 again.
なお、電流変化(I1)は、光検出器出力が最大値から最小値となる範囲内の変化となるように設定される。許容誤差G1は、波長変位を検出した場合であっても特に影響の無い範囲に設定される。 The current change (I1) is set so as to be within a range in which the photodetector output becomes the minimum value from the maximum value. The allowable error G1 is set in a range that does not particularly affect even when the wavelength displacement is detected.
図8は、駆動電流値の中間値を動作電流値(I0)とした場合の光検出器の出力の関係を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship of the output of the photodetector when the intermediate value of the drive current value is the operating current value (I0).
図8を参照して、例えば、動作電流値(I0)に設定して動作させた場合に、光の波長λ43近辺となっている場合について説明する。この場合、動作電流値(I0)で光検出器8が最大値を出力する特性を示す場合には、上述したステップS1およびステップS2において、駆動電流を動作電流値(I0)から電流変化(I1)だけ増加および減少させた光検出器出力X1,X2の値はほぼ等しくなるため光検出器出力X1と、光検出器出力X2の差分の絶対値が許容誤差G1以内と判断されることになる。
With reference to FIG. 8, for example, a case in which the operating current value (I0) is set and the light is in the vicinity of the light wavelength λ43 will be described. In this case, in the case where the
したがって、この場合には、判定回路は、波長変位が殆ど無いと判断して処理を終了する。 Therefore, in this case, the determination circuit determines that there is almost no wavelength displacement and ends the process.
図9は、駆動電流値の中間値を動作電流値(I0)とした場合の光検出器の出力の関係を説明する別の図である。 FIG. 9 is another diagram for explaining the relationship of the output of the photodetector when the intermediate value of the drive current value is the operating current value (I0).
図9を参照して、例えば、動作電流値(I0)に設定して動作させた場合に光の波長λ43から変位した場合について説明する。この場合、動作電流値(I0)で光検出器8が最大値から少し変位した値を出力する場合には、上述したステップS1およびステップS2において、駆動電流を動作電流値(I0)から電流変化(I1)だけ増加および減少させた光検出器出力X1,X2の値はそれぞれ互いに異なる値となる。
With reference to FIG. 9, for example, a case will be described in which the operation current value (I0) is set to be displaced from the light wavelength λ43 when operated. In this case, when the
したがって、動作電流値(I0)で光検出器8が最大値から変位すればするほど、光検出器出力X1と、光検出器出力X2の差分の絶対値の値も大きくなる。
Therefore, as the
したがって、ステップS3において、変位の度合が大きければ許容誤差G1以内で無いと判断されることになる。 Therefore, in step S3, if the degree of displacement is large, it is determined that it is not within the allowable error G1.
したがって、この場合には、判定回路は、許容誤差G1以内で無いと判断した場合には、ステップS4において、光検出器出力X1,X2のいずれが大きいかを判断する。 Therefore, in this case, when the determination circuit determines that the difference is not within the allowable error G1, in step S4, the determination circuit determines which of the photodetector outputs X1 and X2 is greater.
本例においては、光検出器出力X2が光検出器出力X1よりも大きい場合が示されている。 In this example, the case where the photodetector output X2 is larger than the photodetector output X1 is shown.
すなわち、この場合には、設定した動作電流値(I0)は、光検出器8が最大値を検出する電流値よりも大きい状態となっていると判定することができる。
That is, in this case, it can be determined that the set operating current value (I0) is larger than the current value at which the
したがって、ステップS6において、動作電流(I0)を減少させて、再びステップS1に戻り、光検出器出力X1と、光検出器出力X2の差分の絶対値の値が許容誤差G1以内となるまで上述のステップを繰り返す。すなわち、動作電流(I0)は、光検出器8が最大値を検出する電流値となるように調整される。
Therefore, in step S6, the operating current (I0) is decreased, and the process returns to step S1 again until the absolute value of the difference between the photodetector output X1 and the photodetector output X2 is within the allowable error G1. Repeat the steps. That is, the operating current (I0) is adjusted so as to have a current value at which the
それゆえ、上記した本発明の実施の形態に従うレーザ調整部の波長制御方法により、外部共振器型半導体レーザ光源1をホログラムの記録再生に適した使用可能領域で動作させることが可能となる。
Therefore, the external resonator type semiconductor
一方、環境温度の変化により、外部共振器型レーザ光源1の発振波長が変化する場合も考えられる。
On the other hand, there may be a case where the oscillation wavelength of the external resonator type
例えば、図3において、環境温度の変化により、外部共振器型レーザ光源1の波長が曲線18bに沿って動作するようになったとすると、駆動電流が動作電流(I0)のままでは発振波長はλ45近傍に上昇し、使用不可領域に近くなり、使用不可となる可能性がある。
For example, in FIG. 3, assuming that the wavelength of the external cavity
図10は、本発明の実施の形態の変形例に従うレーザ調整部の波長制御方法について説明するフロー図である。 FIG. 10 is a flowchart illustrating a wavelength control method of the laser adjustment unit according to the modification of the embodiment of the present invention.
図10を参照して、本発明の実施の形態の変形例に従うレーザ調整部の波長制御方法は、図7のフロー図と比較して、ステップS5,S6をそれぞれステップS5#,S6#に置換した点が異なる。その他の点については、同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。 Referring to FIG. 10, the wavelength control method of the laser adjustment unit according to the modification of the embodiment of the present invention replaces steps S5 and S6 with steps S5 # and S6 #, respectively, as compared with the flowchart of FIG. Different points. Since the other points are the same, detailed description thereof will not be repeated.
ステップS4において、光検出器出力X1が光検出器出力X2よりも大きい場合には、ペルチェ素子の設定温度を上昇させる(ステップS5#)。そして、再び、ステップS1に戻る。 If the photodetector output X1 is larger than the photodetector output X2 in step S4, the set temperature of the Peltier element is raised (step S5 #). And it returns to step S1 again.
一方、ステップS4において、光検出器出力X1が光検出器出力X2以下の場合には、ペルチェ素子18の設定温度を低下させる(ステップS6#)。そして、再び、ステップS1に戻る。
On the other hand, when the photodetector output X1 is equal to or smaller than the photodetector output X2 in step S4, the set temperature of the
例えば、光検出器出力X1が光検出器出力X2よりも大きい場合には、判定回路9は、所望の温度よりもレーザ光源の温度が低下していると判定し、その結果をレーザ制御回路10の上述した調整回路に出力する。そして、調整回路は、その結果に基いてペルチェ素子18の設定温度を上昇させることにより、動作電流値(I0)により光検出器8が最大値を検出するように調整することが可能である。例えば、所望の温度としては、一例として室温(25℃〜30℃)程度に設定することが可能である。
For example, when the photodetector output X1 is larger than the photodetector output X2, the
一方、光検出器出力X1が光検出器出力X2以下の場合には、判定回路9は、所望の温度よりもレーザ光源の温度が上昇していると判定し、その結果をレーザ制御回路10の上述した調整回路に出力する。そして、調整回路は、その結果に基いてペルチェ素子18の設定温度を低下させることにより、動作電流値(I0)により光検出器8が最大値を検出するように調整することが可能である。
On the other hand, when the photodetector output X1 is equal to or less than the photodetector output X2, the
当該方式は、例えば、外部共振器型半導体レーザ光源1が動作オンとなった直後で半導体レーザ2の温度が安定化していない場合に有用である。
This method is useful, for example, when the temperature of the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
1 波長可変レーザ光源、2 半導体レーザ、3 コリメータレンズ、4 回折格子、5 回転機構、6 第3のビームスプリッタ、7 平行平板、8 光検出器、9 判定回路、10 レーザ制御回路、11 レーザ調整部、17 ウェッジプリズム、20 集光レンズ、62 第1のビームスプリッタ、63 第1の反射ミラー、64 空間光変調器、65 第1のリレーレンズ、66 第2の反射ミラー、67 第2のビームスプリッタ、68 第2のリレーレンズ、69 対物レンズ、70 撮像素子、61 第3の反射ミラー、72 第1のガルバノミラー、73 レンズ系、74 第2のガルバノミラー。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記集光手段により集光された光を検出する光検出手段とを備える、波長変位検出装置。 Condensing means for collecting the light reflected on the front surface and the light reflected on the back surface of the light incident on the parallel plate;
A wavelength displacement detection apparatus comprising: a light detection unit that detects light collected by the light collection unit.
m×λ=2×n×t×cos(θ#)、かつ
sin(θ#)=sin(θ)/n
(但し、mは整数、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)
を満たすように設定される、請求項1記載の波長変位検出装置。 The thickness t of the parallel plate is relative to the center value λ of the wavelength range to be detected.
m × λ = 2 × n × t × cos (θ #) and sin (θ #) = sin (θ) / n
(Where m is an integer, n is the refractive index of the parallel plate material, and θ is the incident angle of light)
The wavelength displacement detection apparatus according to claim 1, wherein the wavelength displacement detection apparatus is set so as to satisfy.
λ2=2×n×t×cos(θ#)×H、かつ
sin(θ#)=sin(θ)/n
(但し、λは光の波長、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)
を満たすように設定される、請求項2記載の波長変位検出装置。 The thickness t of the parallel plate is relative to the wavelength range H to be detected.
λ 2 = 2 × n × t × cos (θ #) × H and sin (θ #) = sin (θ) / n
(Where λ is the wavelength of light, n is the refractive index of the parallel plate material, and θ is the incident angle of light)
The wavelength displacement detection apparatus according to claim 2, wherein the wavelength displacement detection apparatus is set so as to satisfy.
外部共振器型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する平行平板と、
前記平行平板に入射された光について表面で反射された光と、裏面で反射された光を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光を検出する光検出手段とを備える、レーザ光源装置。 An external cavity semiconductor laser;
A parallel plate that receives part of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser;
Condensing means for condensing the light reflected on the front surface and the light reflected on the back surface of the light incident on the parallel plate;
A laser light source device comprising: a light detection unit that detects light collected by the light collection unit.
m×W=2×n×t×cos(θ#)、かつ
sin(θ#)=sin(θ)/n
(但し、mは整数、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)を満たすように設定される、請求項4記載のレーザ光源装置。 The thickness t of the parallel plate is relative to the oscillation center wavelength W.
m × W = 2 × n × t × cos (θ #) and sin (θ #) = sin (θ) / n
The laser light source device according to claim 4, wherein m is an integer, n is a refractive index of a parallel plate material, and θ is an incident angle of light.
W2=2×n×t×cos(θ#)×L、かつ
sin(θ#)=sin(θ)/n
(但し、λは光の波長、nは平行平板の材質の屈折率、θは光の入射角)
を満たすように設定される、請求項5記載のレーザ光源装置。 The thickness t of the parallel plate is equal to the longitudinal mode oscillation interval L of the external cavity semiconductor laser.
W 2 = 2 × n × t × cos (θ #) × L and sin (θ #) = sin (θ) / n
(Where λ is the wavelength of light, n is the refractive index of the parallel plate material, and θ is the incident angle of light)
The laser light source device according to claim 5, wherein the laser light source device is set to satisfy
外部共振器型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を受光する平行平板と、
前記平行平板に入射された光について表面で反射された光と、裏面で反射された光を集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光を検出する光検出手段と、
前記外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定の値だけ増加または減少させた場合のその前後での前記光検出手段で検出される光強度に基づく光検出信号の差分値に基づいて、前記外部共振器型半導体レーザの発振波長の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記外部共振器型半導体レーザの駆動電流を調整するための調整手段とを備える、レーザ光源装置。 An external cavity semiconductor laser;
A parallel plate that receives part of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser;
Condensing means for condensing the light reflected on the front surface and the light reflected on the back surface of the light incident on the parallel plate;
A light detecting means for detecting the light collected by the light collecting means;
Based on the difference value of the photodetection signal based on the light intensity detected by the photodetection means before and after the drive current of the external cavity semiconductor laser is increased or decreased by a predetermined value, Displacement detecting means for detecting the displacement of the oscillation wavelength of the resonator type semiconductor laser;
A laser light source device comprising: adjusting means for adjusting a drive current of the external resonator type semiconductor laser based on a detection result of the displacement detecting means.
前記外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量増加させた駆動電流で駆動するステップと、
前記外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量増加させた場合の前記光検出手段で検出される光強度に基づく光検出信号を測定するステップと、
前記外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量減少させた駆動電流で駆動するステップと、
前記外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量減少させた場合の前記光検出手段で検出される光強度に基く光検出信号を測定するステップと、
前記外部共振器型半導体レーザの駆動電流を所定量増加および減少させた駆動電流で駆動させた場合の光検出信号の差の絶対値を許容誤差と比較するステップと、
前記比較に基いて前記駆動電流を調整するステップとを備える、レーザ光源装置の制御方法。 An external cavity semiconductor laser, a parallel plate that receives a part of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser, light reflected on the surface of the light incident on the parallel plate, and reflected on the back surface A laser light source including a light collecting means for collecting the collected light, a light detection means for detecting the light collected by the light collecting means, and an adjusting means for adjusting a drive current of the external resonator type semiconductor laser An apparatus control method comprising:
Driving with a drive current obtained by increasing the drive current of the external cavity semiconductor laser by a predetermined amount;
Measuring a light detection signal based on the light intensity detected by the light detection means when the drive current of the external resonator type semiconductor laser is increased by a predetermined amount;
Driving with a drive current obtained by reducing the drive current of the external cavity semiconductor laser by a predetermined amount;
Measuring a light detection signal based on the light intensity detected by the light detection means when the drive current of the external cavity semiconductor laser is reduced by a predetermined amount;
Comparing the absolute value of the difference between the light detection signals when the drive current of the external cavity semiconductor laser is driven with a drive current increased and decreased by a predetermined amount with an allowable error;
And a step of adjusting the drive current based on the comparison.
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JP2013145819A (en) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | Shimadzu Corp | Semiconductor laser device |
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