JP2011054664A - Etalon filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ装置に用いられるエタロンフィルタに関する。 The present invention relates to an etalon filter used in a laser device.
従来、レーザ装置は、半導体レーザと、この半導体レーザから照射されるレーザ光を平行にする光学系と、レーザ光を2系統に分割するビームスプリッタと、分割された一方のレーザ光に所定の波長の共振をさせるファブリペロー共振器と、このレーザ光が入射される光検出器とから主に構成される。 Conventionally, a laser apparatus includes a semiconductor laser, an optical system that collimates laser light emitted from the semiconductor laser, a beam splitter that divides the laser light into two systems, and a predetermined wavelength for one of the divided laser lights. This is mainly composed of a Fabry-Perot resonator that resonates and a photodetector to which the laser light is incident.
このように構成されるレーザ装置において、ファブリペロー共振器を2枚の反射板を用いた構造が知られている。この構造のファブリペロー共振器は、2枚の反射板の高い設置精度が求められる。例えば、2枚の反射板は、秒単位の平行度で設置しなければ、レーザ光の光透過特性が変わってしまうという問題があった(例えば、特許文献1参照)。 In the laser device configured as described above, a structure using two reflectors for a Fabry-Perot resonator is known. The Fabry-Perot resonator having this structure is required to have high installation accuracy of the two reflecting plates. For example, there is a problem in that the light transmission characteristics of the laser light change unless the two reflectors are installed with a parallelism in seconds (for example, see Patent Document 1).
そこで、ファブリペロー共振器に代えてエタロンフィルタを用いたレーザ装置が提案されている。このレーザ装置は、前記半導体レーザ、光学系、ビームスプリッタ、エタロンフィルタ、光検出器をモジュール化した半導体レーザモジュールが組み込まれている。
この半導体レーザモジュールに用いられるエタロンフィルタは、水晶又は石英(例えば、特許文献2参照)から成り、例えば、エタロンフィルタに水晶を用いる場合は、水晶のC軸がレーザ光の入射方向と平行になるように形成されている。
このようなエタロンフィルタは、レーザ光の入射側の面と出射側の面とを平行にすることで、平行度を維持したまま半導体レーザモジュールに搭載することができる。
Therefore, a laser apparatus using an etalon filter instead of the Fabry-Perot resonator has been proposed. This laser device incorporates a semiconductor laser module in which the semiconductor laser, optical system, beam splitter, etalon filter, and photodetector are modularized.
The etalon filter used in this semiconductor laser module is made of quartz or quartz (see, for example, Patent Document 2). For example, when quartz is used for the etalon filter, the C axis of the quartz is parallel to the incident direction of the laser light. It is formed as follows.
Such an etalon filter can be mounted on a semiconductor laser module while maintaining parallelism by parallelizing the incident side surface and the emission side surface of the laser light.
しかしながら、このような構造の半導体レーザモジュールは、エタロンフィルタをモジュールに用いられる基板に固定する前において、波長λの光をモニタできるようエタロンフィルタの角度調整を行うが、取り付け角度がずれて固定された場合にエタロンフィルタの取り外しができず、モジュールごと廃棄される場合がある。
これは、モジュールとして搭載されたエタロンフィルタの所定の温度条件で使用される波長と透過率との関係を示すグラフが、正常位置にエタロンフィルタが搭載された場合の当該グラフと一致せず、所望する性能、特に基準とする波長でレーザ光を出射するようにレーザ装置を使用することができなくなってしまうからである。
また、取り付けた角度を調整してエタロンフィルタを付け直すことも考えられる。しかし、エタロンフィルタは、既に固定して搭載されているため、角度の変更を行うことができないという問題があった。
However, in the semiconductor laser module having such a structure, the angle of the etalon filter is adjusted so that light of wavelength λ can be monitored before the etalon filter is fixed to the substrate used in the module. In some cases, the etalon filter cannot be removed and the entire module may be discarded.
This is because the graph showing the relationship between the wavelength and transmittance used at a predetermined temperature condition of the etalon filter mounted as a module does not match the graph when the etalon filter is mounted at the normal position, and the desired This is because it becomes impossible to use the laser device so as to emit laser light at the performance to be performed, particularly at the reference wavelength.
It is also conceivable to reattach the etalon filter by adjusting the attached angle. However, since the etalon filter is already fixedly mounted, there is a problem that the angle cannot be changed.
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、搭載に角度誤差が生じてもレーザ装置を使用可能にするエタロンフィルタを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an etalon filter that solves the above-described problems and enables the laser device to be used even if an angular error occurs in mounting.
前記課題を解決するため、本発明は、温度制御装置で雰囲気温度を変更可能にされたレーザ装置に用いられ、このレーザ装置により照射されるレーザ光の所定の経路に配置されるエタロンフィルタであって、水晶部材から形成され、レーザ光が入射される入射面が水晶のC軸と平行に形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an etalon filter used in a laser device whose ambient temperature can be changed by a temperature control device and disposed in a predetermined path of laser light emitted by the laser device. The incident surface is made of a quartz member, and the incident surface on which the laser beam is incident is formed parallel to the C axis of the quartz crystal.
このようなエタロンフィルタによれば、レーザ光の入射面が水晶のC軸と平行に形成されているので、搭載により取り付け角度に誤差が生じて、所定の温度条件で使用される波長と透過率との関係を示すグラフが、正常位置にエタロンフィルタが搭載された場合のグラフと一致しなくなった場合でも、レーザ装置に備えられた温度制御装置で雰囲気温度を調整してずれてしまった波長と透過率との関係を示すグラフを、正常位置にエタロンフィルタが搭載された場合のグラフに一致又は近似させることができる。
これにより、エタロンフィルタの搭載で取り付け角度に誤差が生じても、モジュールを破棄することなく使用することができる。
According to such an etalon filter, since the incident surface of the laser beam is formed in parallel with the C axis of the crystal, an error occurs in the mounting angle due to the mounting, and the wavelength and transmittance used under a predetermined temperature condition. Even if the graph showing the relationship with the etalon filter does not match the graph when the etalon filter is mounted at the normal position, the wavelength is shifted by adjusting the ambient temperature with the temperature control device provided in the laser device. The graph showing the relationship with the transmittance can be matched or approximated to the graph when the etalon filter is mounted at the normal position.
Thereby, even if an error occurs in the mounting angle due to the mounting of the etalon filter, the module can be used without being discarded.
本発明を実施するための最良の形態(以下、「実施形態」という。)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。 The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Note that each component is exaggerated for easy understanding of the state.
(第一の実施形態)
図1は、本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタをレーザ装置に用いられるモジュールに搭載した状態の一例を示す概念図である。図2、本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタの一例を示す概念図である。図3は、所定の温度における透過率と周波数との関係を示すグラフである。
図1に示すように、本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタ10Aは、温度制御装置200で雰囲気温度を変更可能にされたレーザ装置(図示せず)に用いられ、このレーザ装置により照射されるレーザ光(以下、「光」という。)LTの所定の経路に搭載されて用いられる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a state in which the etalon filter according to the first embodiment of the present invention is mounted on a module used in a laser device. FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of an etalon filter according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the relationship between transmittance and frequency at a predetermined temperature.
As shown in FIG. 1, an etalon filter 10A according to a first embodiment of the present invention is used in a laser device (not shown) whose ambient temperature can be changed by a
このレーザ装置において、本発明のエタロンフィルタ10Aは、光の所定の経路に搭載される場合、種々の光学部品を搭載したモジュール100に組み込まれて用いられる。
In this laser apparatus, the etalon filter 10A of the present invention is used by being incorporated in a
まず、前記モジュール100の構成の一例について説明する。
モジュール100は、エタロンフィルタ10A、半導体レーザ20、光学レンズ30a〜30e、光ファイバ40、ビームスプリッタ50、第一の検出器60、第二の検出器70の光学部品から主に構成されている。
First, an example of the configuration of the
The
このモジュール100は、半導体レーザ20、エタロンフィルタ10A、光学レンズ30a〜30d、光ファイバ40、ビームスプリッタ50、第二の検出器70が直線的に配置され、また、ビームスプリッタ50、光学レンズ30e、第一の検出器60が直線的に配置されている。
In this
ここで、半導体レーザ20と光ファイバ40との間には、光学レンズ30a、30bが配置されている。半導体レーザ20より出射される光LTは、光学レンズ30a、30bを介して光ファイバ40に集光される。
Here, optical lenses 30 a and 30 b are arranged between the
一方、この光LTとは反対の方向であって、半導体レーザ20と第二の検出器70との間には、光学レンズ30c、30dが配置され、これら光学レンズ30c、30dの間にビームスプリッタ50とエタロンフィルタ10Aとが配置される。
このような配置において、半導体レーザ20より出射される光LTは、光学レンズ30cで平行光に変換され、ビームスプリッタ50で2方向に分岐される。
分岐された一方の光LTは、C軸が光LTの透過方向と直交するよう設置された水晶からなるエタロンフィルタ10A(図1及び図2参照)に入射される。
On the other hand, optical lenses 30c and 30d are disposed between the
In such an arrangement, the light LT emitted from the
One of the branched lights LT is incident on an etalon filter 10A (see FIGS. 1 and 2) made of quartz that is placed so that the C-axis is orthogonal to the transmission direction of the light LT.
エタロンフィルタ10Aに入射され共振した波長の光LTは、光学レンズ30dを介して例えばフォトダイオードからなる第二の検出器70に集光される。
また、分岐された他方の光は、光学レンズ30eを介して、例えばフォトダイオードからなる第1の検出器60に集光され、発振光電力のモニタが行われる。
The light LT having a wavelength which is incident on the etalon filter 10A and resonates is condensed on the
The other branched light is condensed on the
第1の検出器60の出力値と第二の検出器の出力値とを比較することにより、半導体レーザ20の波長を測定し、後述する温度制御装置200の温度や注入電流を変化させることにより、波長を制御することができる。
By comparing the output value of the
温度制御装置200は、例えば、ペルチェ素子が用いられ、雰囲気温度を上昇させたり下降させたりすることができる。この温度制御装置200は、モジュール100の下部に設けられ、エタロンフィルタ10Aの周囲の温度を調整することができる。
The
このようなモジュール100に搭載されるエタロンフィルタ10Aは、水晶から構成されている。
このエタロンフィルタ10Aは、図2に示すように、水晶の光学軸であるC軸が、入射される光LTの入射方向に対して直交する構成となっている。つまり、エタロンフィルタ10Aは、光LTが入射される入射面11が水晶のC軸と平行に形成されている。
具体的には、このエタロンフィルタ10AのC軸は、エタロンフィルタ10Aに入射される光LTの入射偏波NHPの方向と平行となっている。このとき、エタロンフィルタ10Aの他の軸は、A軸が光LTの入射方向と平行となり、B軸が、A軸及びC軸と直交している。なお、エタロンフィルタ10Aの他の軸は、この他に、B軸が光LTの入射方向と平行となり、A軸が、B軸及びC軸と直交して構成されても良い。
The etalon filter 10A mounted on such a
As shown in FIG. 2, the
Specifically, the C axis of the etalon filter 10A is parallel to the direction of the incident polarization NHP of the light LT incident on the etalon filter 10A. At this time, as for the other axes of the etalon filter 10A, the A axis is parallel to the incident direction of the light LT, and the B axis is orthogonal to the A axis and the C axis. In addition, the other axis of the etalon filter 10A may be configured such that the B axis is parallel to the incident direction of the light LT and the A axis is orthogonal to the B axis and the C axis.
このように構成されるエタロンフィルタ10Aは、取り付け角度がずれた場合でも使用可能となっている。
ここで、エタロンフィルタ10Aの取り付け角度がずれた場合の調整の原理を説明する。
図3(a)に示すように、予めエタロンフィルタ10Aの取り付け角度が0°、つまり、エタロンフィルタ10Aの入射面11が光LTの入射方向と直角に搭載されたときの透過率と波長との関係を示す透過波形のグラフを作成しておく。
この透過波形のグラフを用いて、所定値となる光の透過強度における波長の値を決定する。
例えば、所定の透過強度に対応する透過率と透過波形のグラフとが交叉しているときの波長を基準とする。この基準とした波長をλ=aとする。
The etalon filter 10A configured as described above can be used even when the mounting angle is deviated.
Here, the principle of adjustment when the mounting angle of the etalon filter 10A is shifted will be described.
As shown in FIG. 3A, the transmittance and wavelength when the mounting angle of the etalon filter 10A is 0 ° in advance, that is, when the incident surface 11 of the etalon filter 10A is mounted perpendicular to the incident direction of the light LT. Create a transmission waveform graph showing the relationship.
Using this graph of the transmission waveform, the value of the wavelength at the transmission intensity of light having a predetermined value is determined.
For example, the wavelength when the transmittance corresponding to the predetermined transmission intensity and the graph of the transmission waveform intersect is used as a reference. The reference wavelength is λ = a.
ここで、エタロンフィルタ10Aの取り付け角度が光の入射方向に対してずれた場合を想定する。例えば、図3(b)に示すように、取り付け角度のずれが1°の場合を例にして説明する。
この取り付け角度が1°ずれた場合の光の透過率と波長との関係を示す透過波形のグラフを作成する。ここで、所定の透過強度に対応する透過率と1°ずれたときの透過波形のグラフとが交叉しているときの波長をλ=Bとする。
Here, it is assumed that the attachment angle of the etalon filter 10A is deviated from the light incident direction. For example, as shown in FIG. 3B, the case where the mounting angle shift is 1 ° will be described as an example.
A transmission waveform graph showing the relationship between the light transmittance and the wavelength when the mounting angle is shifted by 1 ° is created. Here, it is assumed that the wavelength when the transmittance corresponding to the predetermined transmission intensity intersects with the graph of the transmission waveform when shifted by 1 ° is λ = B.
この取り付け角度が1°ずれた場合の透過波形のグラフと基準とした透過波形のグラフとを比較して、両グラフが一致しないことを確認する。
これは、基準とした透過波形のグラフが、取り付け角度が1°ずれたことでシフトした状態となったことを示している。
このとき、基準とした透過波形のグラフにおける基準となる波長λ=Aが、取り付け角度が1°ずれたことで、波長λ=Bへとシフトしたことになる。
このときのシフト量は式1となる。
シフト量△λ=|A−B|・・・式1
The graph of the transmission waveform when the mounting angle is shifted by 1 ° is compared with the graph of the transmission waveform as a reference, and it is confirmed that the two graphs do not match.
This shows that the graph of the transmission waveform used as a reference is in a shifted state due to the mounting angle being shifted by 1 °.
At this time, the reference wavelength λ = A in the reference transmission waveform graph is shifted to the wavelength λ = B because the mounting angle is shifted by 1 °.
The shift amount at this time is expressed by
Shift amount Δλ = | A−B |
ここで、エタロンフィルタ10Aの温度に対する2つの反射面である入射面11と出射面の光学長Lは式2で近似することができる。
L=n0×L0×(1+ΔT×(α+(1/n0)×(dn/dT))・・・式2
なおn0は常温T0での水晶の屈折率、dn/dTは温度に対する屈折率の変化量、ΔTは常温T0からの温度変化量、L0は常温T0でのエタロンフィルタ10Aの物理長、αは線膨張係数を示す。
また、エタロンフィルタ10Aの透過強度T(λ)は、式3、式4であらわすことができる。
T(λ)=(1−R)2/((1−R)2+4×R×sin2(σ/2))・・・式3
σ=4πL/λ・・・式4
ここで、Rは入射面および出射面の反射率を示す。
Here, the optical length L of the entrance surface 11 and the exit surface, which are two reflecting surfaces with respect to the temperature of the etalon filter 10A, can be approximated by Equation 2.
L = n0 × L0 × (1 + ΔT × (α + (1 / n0) × (dn / dT))) Equation 2
Where n0 is the refractive index of the crystal at room temperature T0, dn / dT is the amount of change in refractive index with respect to temperature, ΔT is the amount of temperature change from room temperature T0, L0 is the physical length of the etalon filter 10A at room temperature T0, and α is a line. Indicates the expansion coefficient.
Further, the transmission intensity T (λ) of the etalon filter 10A can be expressed by
T (λ) = (1−R) 2 / ((1−R) 2 + 4 × R × sin 2 (σ / 2))
σ = 4πL / λ Equation 4
Here, R indicates the reflectance of the incident surface and the exit surface.
これら式を用いて、所定の透過強度に対応する透過率とずれた透過波形のグラフとが交叉しているときの波長Bが、基準とした透過波形のグラフと所定の透過強度に対応する透過率とが交叉するときの波長Aになるように、調整する温度を決定する。 Using these equations, the wavelength B when the transmittance corresponding to the predetermined transmission intensity and the graph of the shifted transmission waveform intersect is used as the reference transmission waveform graph and the transmission corresponding to the predetermined transmission intensity. The temperature to be adjusted is determined so that the wavelength A when the rate intersects is obtained.
例えば、これら式を用いて、温度に対する波長のシフト量を計算して、これと式1で求めたシフト量とを比較し、調整する温度を設定する。
例えば、本実施形態のエタロンフィルタ10Aにおける1℃あたりのシフト量は、13pm/℃となっている(pm:ピコメートル)。
これにより、エタロンフィルタ10Aの取り付け後に、求めたシフト量から設定した調整のための温度を付加することで、基準とした波長λ=Aでレーザ装置を用いることができる。
For example, using these equations, the shift amount of the wavelength with respect to the temperature is calculated, and this is compared with the shift amount obtained by
For example, the shift amount per 1 ° C. in the etalon filter 10A of the present embodiment is 13 pm / ° C. (pm: picometer).
Thus, after the etalon filter 10A is attached, the laser device can be used at the reference wavelength λ = A by adding the temperature for adjustment set from the obtained shift amount.
このように、温度制御装置200により温度の調整を行うと、ずれた透過波形のグラフは、基準とした透過波形のグラフと一致する。したがって、レーザ装置に備えられた温度制御装置200を用いることで、エタロンフィルタ10Aの取り付け角度がずれてしまった場合でも、モジュール100を破棄することなく使用することができる。
例えば、水晶のC軸がレーザ光の入射方向と平行になるように形成された従来のエタロンフィルタでは、温度に対する波長のシフト量は5pm/℃であり、本発明が従来と比較して、小さな温度調整で大きな修正効果が得られることがわかる。また、石英で形成された従来のエタロンフィルタでは、温度に対する波長のシフト量は10pm/℃であり、本発明が従来に比較して、小さな温度調整で大きな修正効果が得られるとことがわかる。また、水晶の熱伝導率が石英の約2.5倍以上大きいため、温度調整に対するエタロンフィルタ特性の反応性、安定性も向上する効果がある。
Thus, when the temperature is adjusted by the
For example, in a conventional etalon filter formed so that the C-axis of quartz is parallel to the incident direction of laser light, the wavelength shift amount with respect to temperature is 5 pm / ° C., and the present invention is smaller than the conventional one. It can be seen that a large correction effect can be obtained by adjusting the temperature. Further, in the conventional etalon filter formed of quartz, the shift amount of the wavelength with respect to the temperature is 10 pm / ° C., and it can be seen that the present invention can obtain a large correction effect with a small temperature adjustment as compared with the conventional case. In addition, since the thermal conductivity of quartz is approximately 2.5 times or more that of quartz, there is an effect of improving the responsiveness and stability of the etalon filter characteristics with respect to temperature adjustment.
(第二の実施形態)
図4は本発明の第二の実施形態に係るエタロンフィルタの一例を示す概念図である。
図4に示すように、本発明の第二の実施形態の変形例に係るエタロンフィルタ10Bは、C軸が、入射偏波NHPの方向に対して直交している点で第一の実施形態と異なる。
前記のとおり、本発明の第二の実施形態の変形例に係るエタロンフィルタ10Bは、C軸が、入射偏波NHPの方向に対して直交している。つまり、このエタロンフィルタ10Bは、光LTが入射される入射面11が水晶のC軸と平行に形成されている。
例えば、本実施形態のエタロンフィルタ10Bにおける1℃あたりのシフト量は、15pm/℃となっている(pm:ピコメートル)。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of an etalon filter according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the etalon filter 10B according to the modification of the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the C axis is orthogonal to the direction of the incident polarization NHP. Different.
As described above, in the etalon filter 10B according to the modification of the second embodiment of the present invention, the C axis is orthogonal to the direction of the incident polarization NHP. That is, in the etalon filter 10B, the incident surface 11 on which the light LT is incident is formed in parallel with the C axis of the crystal.
For example, the shift amount per 1 ° C. in the etalon filter 10B of the present embodiment is 15 pm / ° C. (pm: picometer).
Even if comprised in this way, there exists an effect similar to 1st embodiment.
100 モジュール
200 温度制御装置
10A、10B エタロンフィルタ
11 入射面
20半導体レーザ
30a〜30e 光学レンズ
40 光ファイバ
50 ビームスプリッタ
60 第一の検出器
70 第二の検出器
DESCRIPTION OF
Claims (1)
水晶部材から形成され、レーザ光が入射される入射面が水晶のC軸と平行に形成されていることを特徴とするエタロンフィルタ。 An etalon filter used in a laser device whose ambient temperature can be changed by a temperature control device and disposed in a predetermined path of laser light emitted by the laser device,
An etalon filter formed from a quartz member, wherein an incident surface on which laser light is incident is formed in parallel with the C-axis of the quartz crystal.
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- 2009-08-31 JP JP2009200490A patent/JP2011054664A/en active Pending
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