JP2017216371A

JP2017216371A - 光源装置

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Publication number: JP2017216371A
Application number: JP2016109499A
Authority: JP
Inventors: 出島　範宏; Norihiro Dejima; 範宏出島; 雅樹大森; Masaki Omori
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: JP6705289B2

Abstract

【課題】ホログラム記録再生に適用可能な光を安定して出力可能なコンパクトな光源装置を提供する。【解決手段】レーザ光を発するレーザ光源４と、レーザ光源からの出射光の一部を透過する回折格子６と、回転軸２４を中心に回折格子６を回転させる回転機構２０と、を備え、回折格子６からの戻り光がレーザ光源４に入射し、回折格子６を透過した光が出力光となる外部共振器型レーザ光源装置であって、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に、前記レーザ光源からの出射光を前記回折格子に向けて入射光として反射する第１の反射ミラー８ａを備え、レーザ光源４からの出射光が、該入射光の光路に対して回転軸２４側から第１の反射ミラー８ａに入射する外部共振器型レーザ光源装置２を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源を備える光源装置であって、特に、ホログラム記録再生用光源として適用可能な光源装置に関する。

光の干渉縞を用いて、光ディスクの記録層を立体的（三次元）に用いることによって、記録容量を飛躍的に増大させたホログラム記録再生技術が知られている。このホログラム記録再生のためには、可干渉性（コヒーレント）の高い光を出力する光源装置を用いることが重要であり、例えば、レーザ光源及び回折格子を備えた外部共振器型レーザ光源装置が用いられている。

このような外部共振器型レーザ光源装置において、単一の波長で発振するシングルモード出力を安定して実現するため、複数の発振波長が存在するマルチーモ−ド出力を抑制するようにした光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８６９２３号公報

内部共振または外部共振において、光伝播方向の電磁界のモードを縦モードと称し、隣接する縦モードの波長間隔を、縦モード間隔と称するとき、特許文献１に記載の光源装置では、外部共振における縦モード間隔を、内部共振の1つのモードの波長帯域以上にすることにより、外部共振におけるモードホップを抑制するようにしている。
しかし、仮に外部共振におけるモードホップが生じた場合には、縦モード間隔が大きいので可干渉性の低下が大きくなり、ホログラム記録再生に適用することが困難になる。これに対処するため、モードホップの要因となるレーザ光源の温度上昇を抑制するため、冷却装置等を備えた場合には、光源装置の大きさが大きくなる問題も生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ホログラム記録再生に適用可能な光を安定して出力可能なコンパクトな光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光源装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射光の一部を透過する回折格子と、回転軸を中心に前記回折格子を回転させる回転機構と、を備え、前記回折格子からの戻り光が前記レーザ光源に入射し、前記回折格子を透過した光が出力光となる外部共振器型レーザ光源装置であって、前記レーザ光源及び前記回折格子の間の光路上に、前記レーザ光源からの出力光を前記回折格子に向けて入射光として反射する第１の反射ミラーを備え、前記レーザ光源からの出射光が、該入射光の光路に対して前記回転軸側から前記第１の反射ミラーに入射するようになっている。

上記の態様によれば、安定して出力可能なコンパクトな光源装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図である。本発明の第２の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図である。本発明の第３の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図である。本発明の第４の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図である。リトロー型の光源装置における回折格子の透過光、反射光を模式的に示した図である。リットマン型の光源装置における回折格子の透過光、反射光を模式的に示した図である。反射ミラーに入射する光の光路が、回転軸と回折格子の入射光の入射点とを結ぶ線に対して、平行な位置と、平行な位置から所定の角度をなすように配置された光源装置を模式的に示す平面断面図である。光源装置を構成するレーザ光源（内部共振器）及び外部共振器を模式的に示す図である。レーザ光源（内部共振器）及び外部共振器における縦モードのパターンを模式的に示す図である。従来の光源装置を構成するレーザ光源（内部共振器）及び外部共振器における縦モードのパターンの一例を示す図である。本発明の実施形態に係る光源装置を構成するレーザ光源（内部共振器）及び外部共振器における縦モードのパターンの一例を示す図である。図８Ａに示す外部共振器長の従来の光源装置において、外部共振器のモードホップが生じた場合の縦モードのパターン及び光強度分布を示すグラフである。図８Ｂに示す外部共振器長の本発明の実施形態に係る光源装置において、外部共振器のモードホップが生じた場合の縦モードのパターン及び光強度分布を示すグラフである。図８Ａに示す外部共振器長の従来の光源装置において、レーザ光源への入力電流を横軸とし、出力する光の波長を縦軸とした場合の出力光のＣＲの状態を示す図である。図８Ｂに示す外部共振器長の本発明の実施形態に係る光源装置において、レーザ光源への入力電流を横軸とし、出力する光の波長を縦軸とした場合の出力光のＣＲの状態を示す図である。図１０Ａに示す従来の光源装置の出力光におけるＣＲの状態の分布を示すグラフである。図１０Ｂに示す本発明の実施形態に係る光源装置の出力光におけるＣＲの状態の分布を示すグラフである。外部共振器型レーザ光源装置において、外部共振器長を横軸とし、出力する光のＰＬＧを縦軸とした場合のグラフである。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
（本発明の実施形態に係る光源装置）
はじめに、図１から図４を参照ながら、本発明の実施形態に係る光源装置の説明を行う。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図であり、図２は、本発明の第２の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図であり、図３は、本発明の第３の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図であり、図４は、本発明の第４の実施形態に係る光源装置を模式的に示す図である。

何れの実施形態に係る光源装置２も、レーザ光を発するレーザ光源４と、レーザ光源４からの出射光の一部を透過する回折格子６とを備える。

レーザ光源４として、例えば、活性層（発光層）をｎ側層及びｐ側層で挟んだ構造体が基板上に設けられた半導体レーザを用いることができる。順方向に電圧をかけるとｎ側層から電子が、ｐ側層からホールが活性層に流入し、活性層内で再結合して発光する。発生した光は活性層内に閉じ込められ、また活性層の両端面が反射鏡の役目をするので、光は活性層内を内部共振する。つまり、レーザ光源４は内部共振器として機能し、内部共振時に、誘導放出による光の増幅が行われる。この増加エネルギが内部共振器内の損出エネルギを越えるとレーザ発振が起こってレーザ光が放出され、レーザ光源４の出射光となる。

回折格子６は、格子状のパターンによる光の回折を利用した光学素子である。光の回折により、０次、１次、２次・・・の干渉縞を形成する。これにより、選択された波長の光を透過または反射することができる。本実施形態の回折格子６では、レーザ光源４からの出射光の一部を透過して、透過光の一部が光源装置２の出力光となる。また、本実施形態の回折格子６では、レーザ光源４からの出射光の一部を反射し、反射された戻り光がレーザ光源４に再び入射する。
例えば、図５Ａに示す回折格子６では、０次の透過光（レーザの出射光の７８％）が光源装置２の出力光となり、１次の反射光（レーザの出射光の２０％）がレーザ光源４に戻る。

つまり、レーザ光源４からの出射光のうち、選択された特定の波長の光がレーザ光源４に戻る。レーザ光源４に戻された光は、レーザ光源２で共振し、選択された波長で誘導放出を誘起する。これにより、選択された波長の光強度を強めて取り出すことができる。

図１〜図４に示す光源装置２においては、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に、反射ミラーを備える。図１及び図３に示す実施形態では、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に、第１の反射ミラー８ａを備える。図２及び図４に示す実施形態では、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に、２つの反射ミラーである、第１の反射ミラー８ａ及び第２の反射ミラー８ｂを備える。

また、レーザ光源４の出射側であって、レーザ光源４及び第１の反射ミラー８ａの間の光路上（図１、３の場合）、またはレーザ光源４及び第２の反射ミラー８ｂの間の光路上（図２、４の場合）に、コリメートレンズ１０が備えられている。コリメートレンズ１０により、レーザ光源４からの出射光は平行光となり、第１の反射ミラー８ａ（図１、３の場合）または第１と第２の２つの反射ミラー８ａ及び８ｂ（図２、４の場合）を介して、回折格子６へ入射する。

図１〜図４に示す光源装置２では、回転軸２４を中心に回折格子６を回転させる回転機構２０を備えている。更に詳細に述べれば、回転機構２０は、一端に回転軸２４が取り付けられ、他端に回折格子６が取り付けられたアーム２２を備える。アーム２２は、回転軸２４により、光源装置２に対して回転自在に取り付けられている。光源装置２において、アーム２２は図面で上下方向に伸びており、図面で下側の端部に回転軸２４が取り付けられ、上側の端部に回折格子６が取り付けられている。

アーム２２はアクチュエータによって駆動され、回折格子６の角度を精密に調整することができる。アクチュエータとしては、ステッピングモータ、サーボモータを例示することができるが、これに限られるものではない。
以上のように、図１〜図４に示す光源装置２は、回折格子６の角度を連続的に変更できる回転機構２０を備えているので、回折格子６で選択する光の波長を連続的に変えることができる。
回折格子６は、回転機構２０がニュートラルポジションを取る基準位置において、レーザ光源２からの光の入射角が４５度となるように配置されている。ただし、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他の任意の入射角になるようにすることもできる。

回転機構２０により、回折格子６への入射角を小さくすると、選択する波長が短波長側へ移動し、入射角を大きくすると、選択する波長が長波長側へ移動する。ホログラム記録再生において、データ書込時の温度とデータ読込時の温度が異なる場合、メディアの伸縮により正確なデータが取り出せない。この場合、回転機構２０により、回折格子６への入射角を微調整して、波長を微調整することで、データ取り出しが可能となる。回転機構２０による回折格子６の回転角度として、＋４０〜＋５０度を例示することができるが、これに限定されるものではない。

（反射ミラーの配置及び光の進み方）
以上のような光源装置２における反射ミラーの配置及び光の進み方について、図１から図４を参照しながら以下に説明する。レーザ光源４から出射された光の進む方向を実線の矢印で示し、回折格子６を透過した光源装置２の出力光の進む方向を太い破線の矢印で示し、光源装置２へ戻る方向の光の進む方向を細い破線の矢印で示す。その他の微細な光（例えば、図５Ａに示す１次透過光や０次反射光）の進む方向の記載は省略する。

図１に示す第１の実施形態に係る光源装置２では、レーザ光源４から図面上向きに出射された光は、コリメートレンズ１０により平行光となり、更に図面上方へ進んで反射ミラー８ａに入射する。そして光は、反射ミラー８ａで反射されて図面右側へ進み、回折格子６に入射する。回折格子６に入射した光は一部が反射され、この回折格子６からの戻り光（例えば、図５ＡのＲ−１で示す１次反射光）が図面左側を進んで、反射ミラー８ａに入射する。そして光は、反射ミラー８ａに反射されて図面下側へ進み、コリメートレンズ１０を通過してレーザ光源４へ入射する。これにより、レーザ光源４及び回折格子６の間で外部共振器を構成している。回折格子６に入射した光は一部が透過して、透過した光（例えば、図５ＡのＴ０で示す０次透過光）が光源装置２の出力光となる。

以上のように、回折格子６の回折角により選択された波長の光のみをレーザ光源４に戻して共振させるので、光源装置２からの出力光は、より可干渉性が高いより光強度が強いレーザ光になる。

図１に示す本発明の第１の実施形態に係る光源装置２は、レーザ光源４及び回折格子６の間に第１の反射ミラーを備えたリトロー型の外部共振器型レーザ光源装置である。
図１から明らかなように、第１の反射ミラー８ａから反射した光が回折格子６への入射光となり、レーザ光源４からの出射光は、回折格子６への入射光の光路に対して、回転軸２４側から第１の反射ミラー８ａに入射するようになっている。別の表現をすれば、レーザ光源４からの出射光の光路は、図面で上下方向にアーム２２が伸びた回転機構２０の横に並んで配置されている。

図２に示す第２の実施形態に係る光源装置２では、レーザ光源４から図面右向きに出射された光は、コリメートレンズ１０により平行光となり、更に図面右側へ進んで第２の反射ミラー８ｂに入射する。そして光は、第２の反射ミラー８ｂで反射されて図面上側へ進み、第１の反射ミラー８ａに入射する。そして光は、第１の反射ミラー８ａで反射されて図面右側へ進み、回折格子６に入射する。

回折格子６に入射した光は一部が反射され、この回折格子６からの戻り光（例えば、図５ＡのＲ−１で示す１次反射光）が図面左側を進んで、第１の反射ミラー８ａに入射する。そして光は、第１の反射ミラー８ａに反射されて図面下側へ進み、第２の反射ミラー８ｂに入射する。そして光は、第２の反射ミラー８ｂに反射されて図面左側へ進み、コリメートレンズ１０を通過してレーザ光源４へ入射する。これにより、レーザ光源４及び回折格子６の間に外部共振器を構成している。回折格子６に入射した光は一部が透過して、透過した光（例えば、図５ＡのＴ０で示す０次透過光）が光源装置２の出力光となる。

以上のように、回折格子６の回折角により選択された波長の光のみをレーザ光源４に入射させて共振させるので、光源装置２からの出力光は、より可干渉性が高いより光強度の強いレーザ光になる。

図２に示す本発明の第２の実施形態に係る光源装置２は、レーザ光源４及び回折格子６の間に第１と第２の２つの反射ミラー８ａ及び８ｂを備えたリトロー型の外部共振器型レーザ光源装置である。
図２から明らかなように、第１の反射ミラー８ａから反射した光が回折格子６への入射光となり、レーザ光源４からの出射光（特に、第２の反射ミラー８ｂの反射光）は、回折格子６への入射光の光路に対して、回転軸２４側から第１の反射ミラー８ａに入射するようになっている。別の表現をすれば、レーザ光源４からの出射光（特に、第２の反射ミラー８ｂの反射光）の光路は、図面で上下方向にアーム２２が伸びた回転機構２０の横に並んで配置されている。

図３に示す第３の実施形態に係る光源装置２では、レーザ光源４から図面上向きに出射された光は、コリメートレンズ１０により平行光となり、更に図面上方へ進んで第１の反射ミラー８ａに入射する。そして光は、第１の反射ミラー８ａで反射されて図面右側へ進み、回折格子６に入射する。
回折格子６に入射した光は一部が反射されて、この回折格子６からの戻り光（例えば、図５ＢのＲ−１で示す１次反射光）が、図面斜め左上側へ進み、更なる反射ミラー３０に入射する。そして光は、更なる反射ミラー３０で反射されて、図面斜め右下側へ進み、回折格子６に入射する。

光は回折格子６で反射され、図面左側へ進んで、第１の反射ミラー８ａに入射する。そして光は、第１の反射ミラー８ａに反射されて図面下側へ進み、コリメートレンズ１０を通過してレーザ光源４へ入射する。これにより、レーザ光源４及び更なる反射ミラー３０の間で外部共振器を構成している。回折格子６に入射した光は一部が透過して、透過した光の少なくとも一部（例えば、図５ＢのＴ０で示す０次透過光）が光源装置２の出力光となる。

以上のように、回折格子６の回折角により選択された波長の光のみをレーザ光源４に入射させて共振させるので、光源装置２からの出力光は、より可干渉性が高いより光強度が強いレーザ光になる。

図３に示す本発明の第３の実施形態に係る光源装置２は、レーザ光源４及び回折格子６の間に第１の反射ミラー８ａを備え、回折格子６の反射側に更なる反射ミラー３０を備えたリットマン型の外部共振器型レーザ光源装置である。
図３から明らかなように、第１の反射ミラー８ａから反射した光が回折格子６への入射光となり、レーザ光源４からの出射光は、回折格子６への入射光の光路に対して、回転軸２４側から反射ミラー８に入射するようになっている。別の表現をすれば、レーザ光源４からの出射光の光路は、図面で上下方向にアーム２２が伸びた回転機構２０の横に並んで配置されている。

図４に示す第４の実施形態に係る光源装置２では、レーザ光源４から図面右向きに出射された光は、コリメートレンズ１０により平行光となり、更に図面右側へ進んで第２の反射ミラー８ｂに入射する。そして光は、第２の反射ミラー８ｂで反射されて図面上側へ進み、第１の反射ミラー８ａに入射する。そして光は、第１の反射ミラー８ａで反射されて図面右側へ進み、回折格子６に入射する。

回折格子６に入射した光は一部が反射されて、この回折格子６からの戻り光（例えば、図５ＢのＲ−１で示す１次反射光）が、図面斜め左上側へ進み、更なる反射ミラー３０に入射する。そして光は、更なる反射ミラー３０で反射されて、図面斜め右下側へ進み、回折格子６に入射する。

光は回折格子６で反射され、図面左側へ進んで、第１の反射ミラー８ａに入射する。そして光は、第１の反射ミラー８ａに反射されて図面下側へ進み、第２の反射ミラー８ｂに入射する。そして光は、第２の反射ミラー８ｂに反射されて図面左側へ進み、コリメートレンズ１０を通過してレーザ光源４へ入射する。これにより、レーザ光源４及び更なる反射ミラー３０の間に外部共振器を構成している。回折格子６に入射した光は一部が透過して、透過した光の少なくとも一部（例えば、図５ＢのＴ０で示す０次透過光）が光源装置２の出力光となる。

図４に示す本発明の第４の実施形態に係る光源装置４は、レーザ光源４及び回折格子６の間に第１と第２の２つの反射ミラー８ａ及び８ｂを備え、回折格子６の反射側に更なる反射ミラー３０を備えたリットマン型の外部共振器型レーザ光源装置である。
図４から明らかなように、第１の反射ミラー８ａから反射した光が回折格子６への入射光となり、レーザ光源４からの出射光（特に、第２の反射ミラー８ｂの反射光）は、回折格子６への入射光の光路に対して、回転軸２４側から第１の反射ミラー８ａに入射するようになっている。別の表現をすれば、レーザ光源４からの出射光（特に、第２の反射ミラー８ｂの反射光）の光路は、図面で上下方向にアーム２２が伸びた回転機構２０の横に並んで配置されている。

図１から図４に示す本実施形態に係る光源装置２では、何れも回折格子６の０次透過光と１次反射光を出力光として用いる。この場合、下記のような利点を有する：
（ａ）光学的な取り扱いが容易であり、
（ｂ）反射による損失がないので、出力光の取り出し効率が高く、
（ｃ）入射角度によるビーム径が変化する虞もない。
なお、さらなる別の形態として、透過型の回折格子にかえて、反射型の回折格子を用いることもできる。

（外部共振における縦モード間隔）
内部共振または外部共振において、光伝播方向の電磁界のモードを縦モードと称し、隣接する縦モードの波長間隔を縦モード間隔と称する。外部共振器型レーザ光源装置において、単一の波長で発振するシングルモード出力を実現するため、従来は、外部共振における縦モード間隔を広げて、マルチーモ−ド出力を抑制するようにしていた。しかし、仮にモードホップが生じた場合には、縦モード間隔が大きいので可干渉性の低下が大きくなり、ホログラム記録再生に適用することが困難になるという問題があった。

本発明の発明者は、研究の結果、逆に外部共振における縦モード間隔を狭めることにより、安定してホログラム記録再生用の光を出力する光源装置を実現できることを知見した。つまり、外部共振における縦モード間隔を狭めた場合には、仮に、外部共振におけるモードホップが生じたとしても、可干渉性の低下は小さく、シングルモード出力と同様に、ホログラム記録再生に適用可能な光を出力することができることを知見した。なお、更にこの知見に関する更に詳細な説明は、図８（図８Ａ、８Ｂ）から図１２を参照しながら後述する。

外部共振における縦モード間隔を狭めるためには、外部共振器型レーザ光源装置の外部共振器長を長くする必要がある。リットマン型外部共振器型レーザ光源装置の場合には、リトロー型外部共振器型レーザ光源装置よりも外部共振器長を長く取ることができるが、回折格子及びリットマン型の反射ミラーの間の寸法を大きく取ると、光源装置の大きさが大きくなる問題が生じる。
一方、十分に縦モード間隔を狭めるため、レーザ光源及び回折格子の間の光路を伸ばすことが考えられるが、レーザ光源及び回折格子の間の光路を伸ばすことにより、同様に光源装置の大きさが大きくなる問題が生じる。

そこで、光源装置２では、図１から図４に示すように、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に第１の反射ミラー８ａまたは第１と第２の反射ミラー８ａ、８ｂを備え、第１の反射ミラー８ａから反射した光が回折格子６への入射光となり、レーザ光源４からの出射光が、この回折格子６への入射光の光路に対して、回転軸２４側から第１の反射ミラー８ａに入射するようになっている。

レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に第１の反射ミラー８ａまたは第１と第２の反射ミラー８ａ、８ｂを備えることにより、限られた空間においても、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路の距離を長くとることができる。更に、レーザ光源４からの出射光が、回折格子６への入射光の光路に対して、回転軸２４側から第１の反射ミラー８ａに入射するようになっているので、回転機構２０の回転軸２４から回折格子６の間のスペースを有効利用して、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路の距離を長くとることができる。
よって、光源装置の寸法増大を抑制しながら、ホログラム記録再生に適用可能な光を安定して出力可能なコンパクトな光源装置を提供することができる。

以上のように、光源装置２では、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路の距離を十分長くとることができるので、リトロー型外部共振器型レーザ光源装置であっても十分な外部共振器長を得ることができる。

図２または図４に示すように、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に、第１の反射ミラー８ａに加えて第２の反射ミラー８ｂを備える場合には、更にレーザ光源４及び回折格子６の間の光路の距離を十分長く取ることができる。

２つの反射ミラーを有する図２または図４に示す実施形態では、１つの反射ミラーを有する図１または図３に示す実施形態に比べて、光源装置２の図面左右方向の寸法が大きくなる可能性がある。よって、必要とされる外部共振器長や光源装置を設置する周囲の条件等にあわせて、適宜最適な実施形態を選択するのが好ましい。また、本発明に係る光源装置は、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路上に、１つまたは２つの反射ミラーを備える場合だけでなく、３以上の任意の数の反射ミラーを備えることもできる。

上記のように、光源装置２では、レーザ光源４及び第１の反射ミラー８ａ（または第２の反射ミラー８ｂ）の間の光路上にコリメートレンズ１０を備えるので、外部共振における屈折率を高めることができる。これにより、実質的に、外部共振器長を長くすることができ、可干渉性の改善に貢献できる。

図５Ａには、図１または図２に示すリトロー型外部共振器型レーザ光源装置に用いる回折格子６の光の透過光及び反射光の一例を示す。ここでは、レーザ光源からの光の入射角が、基準位置で４５度となるように回折格子６が配置されている。
レーザ光源からの光が回折格子６に入射すると、１次反射光Ｒ−１が入射方向に対して１８０度反対向きに反射される。ここでは、入射した光強度を１００％とすると、１次反射光Ｒ−１の光強度は２０％になっている。この１次反射光Ｒ−１がレーザ光源に戻り、外部共振に用いられる。
レーザ光源からの光が回折格子６に入射すると、０次透過光Ｔ０が出射方向に透過し、この０次透過光Ｔ０と１次反射光Ｒ−１が、光源装置２の出力光となる。回折格子６に入射した光の強度を１００％とすると、０次透過光Ｔ０と１次反射光Ｒ−１の光強度は７８＋２０＝９８％になっている。

残りの０次反射光及び１次透過光の光強度は、回折格子６に入射した光の強度を１００％とすると、それぞれ１％という小さい値である。これらの光を、例えばセンサ検出用に用いることができる。２次以下の透過光、反射光の光強度は非常に僅かであり、詳細な説明は省略する。

図５Ｂには、図３または図４に示すリットマン型外部共振器型レーザ光源装置に用いる回折格子６の光の透過光及び反射光の一例を示す。図５Ｂでも、レーザ光源からの光の入射角が、基準位置で４５度となるように、回折格子６が配置されている。
図５Ａの場合では、１次反射光Ｒ−１が入射方向に対して１８０度反対向きに反射されるが、図５Ｂの場合には、回折格子６の面の法線方向に反射される点で異なる。法線方向に反射された１次反射光Ｒ−１は、リットマン型のための更なる反射ミラー３０により１８０度反対向きに反射され、再び回折格子６に入射する。そして、光は、回折格子６により、レーザ光源からの光の入射方向に対して１８０度反対向きに反射される。この光がレーザ光源に戻り、外部共振に用いられる。

各透過光、反射光の光強度は、図５Ａの場合と同様にすることもできるし、その他の光強度となるように回折格子６を設計することもできる。

本実施形態においては、光強度の強い０次透過光及び１次反射光を、出力光及び外部共振に用いるので、高い効率で光を出力することができる。

（反射ミラーに入射する光の光路）
次に、図６を参照しながら、第１の反射ミラー８ａに入射する光の光路が、回転機構２０の回転軸２４と回折格子６の入射光の入射点とを結ぶ線とのなす角度について説明する。

図６は、第１の反射ミラー８ａに入射する光の光路が、回転軸２４と回折格子６の入射光の入射点とを結ぶ線に対して平行に配置された光源装置２と、平行に配置された位置から、所定の角度（＋θ〜−θ）をなすように配置された光源装置２を模式的に示す平面断面図である。なお、反射ミラーの位置は光源装置の位置によって適宜角度が調整される。

このθの値としては０度以上３０度以下が許容される。このように０度以上３０度以下の範囲の角度をなすようにすれば、外部共振器として光学的に優れた性能を発揮するとともに、回転機構２０の回転中心２４から回折格子６の間のスペースを有効利用して、レーザ光源４及び回折格子６の間の光路の距離を長くとることができる。

（モードホップしたときの可干渉性の変化）
次に、モードホップしたときの光源装置の出力光の可干渉性の変化について、図７（図７Ａ、７Ｂ）から図１２を参照しながら詳細に説明する。特に、本発明に係る外部共振器型レーザ光源装置における出力光の可干渉性について、従来の外部共振器型レーザ光源装置における出力光の可干渉性と比較しながら説明する。

図７Ａは、光源装置を構成するレーザ光源（内部共振器）及び外部共振器を模式的に示す図であり、図７Ｂは、レーザ光源（内部共振器）及び外部共振器における縦モードのパターンを模式的に示す図である。
図７Ａには、内部共振した光の一部をレーザ光として出射するレーザ光源４と、レーザ光源４からの出射光の一部を透過する回折格子６とを備え、回折格子６からの戻り光がレーザ光源４に入射して外部共振し、回折格子６から透過した光が出力光となる外部共振器型レーザ光源装置２が示されている。

図７Ａにおいて、レーザ光源（内部共振器）４の共振波長をλ、レーザ光源（内部共振器）４の屈折率をｎ_ＬＤ、レーザ光源（内部共振器）４の内部共振器長をＬ１とすると、レーザ光源（内部共振器）４の縦モード間隔Δλ_ＬＤは、下式で表される。

光源装置２の外部共振器の共振波長（＝レーザ光源（内部共振器）４の共振波長）をλ、外部共振器の屈折率をｎ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}、外部共振器長をＬ２とすると、外部共振器のモード間隔Δλ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}は、下式で表される。

これらの縦モードのパターン（波形）が、図７Ｂに模式的に示される。外部共振器長Ｌ２＞内部共振器長Ｌ１なので、図７Ｂでは、外部共振器の縦モード間隔Δλ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}が、内部共振器の縦モード間隔Δλ_ＬＤよりも小さく示されている。

次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら、レーザ光源（内部共振器）及び外部共振器を備えた光源装置の具体的な縦モードパターンを説明する。図８Ａは、従来の光源装置を構成するレーザ光源（内部共振器）及び外部共振器における縦モードのパターンの一例を示すグラフである。図８Ｂは、本発明に係る光源装置を構成するレーザ光源（内部共振器）及び外部共振器における縦モードのパターンの一例を示すグラフである。どちらのグラフも、横軸に波長を示し、縦軸に光強度を示す。なお、縦軸はそれぞれの任意の光強度を表しており、それぞれの相対的な大きさに意味はない。

図８Ａに示す従来の光源装置では、外部共振器長が１５．６ｍｍであり、図８Ｂに示す本発明に係る光源装置では、外部共振器長が５５ｍｍである。よって、本発明に係る光源装置の外部共振器の縦モード間隔は、従来の光源装置の外部共振器の縦モード間隔の約１／３．５（＝１５．６／５５）になっている。

次に、図９Ａでは、図８Ａに示す外部共振器長（１５．６ｍｍ）の従来の光源装置において、外部共振器のモードホップが生じた場合の縦モードのパターン及び、ウェッジを用いて表示した出力光の干渉縞の光強度分布を示す。また、図９Ｂでは、図８Ｂに示す外部共振器長（５５ｍｍ）の本発明に係る光源装置において、外部共振器のモードホップが生じた場合の縦モードのパターン及び、ウェッジを用いて表示した出力光の干渉縞の光強度分布を示す。上側のグラフでは、横軸に波長を示し、縦軸に任意の光強度を示す。下側の光強度分布を示すグラフでは、横軸に幅方向の位置（光強度を計測したセンサポジション）を示し、縦軸は光強度を示す。

図９Ａ及び図９Ｂともに上図の縦モードを表す図において、内部共振器の縦モードと外部共振器の縦モードが一致しておらず、モードホップが生じた状態を表している。
従来の光源装置に関する図９Ａにおいて、上図に示すように、外部共振器のモードホップが生じた場合には、下図に示すように、光強度がほぼゼロになる谷点が現れず、全体として山形のグラフ形状となる。よって、干渉縞が形成されておらず、ホログラム記録再生に適用できない。

ここで、可干渉性を示す指標として、ＣＲを用いることができる。ＣＲは、ＣｏｎｔｒａｓｔＲａｔｉｏを略した語であって、０から１の値をとり、１において可干渉性が最も高く、０において可干渉性が最も低いことを示す。図９Ａに示す従来の光源装置においては、外部共振器のモードホップが生じると、ＣＲが大きく低下する。なお、レーザ光源（内部共振器）においてモードホップが生じた場合にも、ＣＲは大きく低下し、ホログラム記録再生に適用できない。

一方、本発明に係る光源装置に関する図９Ｂにおいて、上図に示すように、外部共振器のモードホップが生じた場合であっても、外部共振器における縦モード間隔が小さいので、下図に示すように、光強度がピークとなる頂点と、光強度がゼロ近傍になる谷点とが交互に現れ、干渉縞が形成される。よって、ほぼシングルモード発振と同等と扱える発振をしており、ホログラム記録再生に適用可能である。つまり、本発明に係る光源装置では、外部共振器のモードホップが生じても、ＣＲの低下が抑制される。
なお、レーザ光源（内部共振器）においてモードホップが生じた場合には、ＣＲが大きく低下し、ホログラム記録再生に適用できない。

以上のように、本発明に係る光源装置の外部共振器の縦モード間隔が、従来の光源装置の外部共振器の縦モード間隔よりも小さいので、外部共振器のモードホップが生じた場合であっても、ＣＲの低下が抑制され、ホログラム記録再生に適用可能な干渉縞が形成されることが証明された。なお、図９Ａ、図９Ｂはモードホップが生じた状態の従来の光源装置と本発明にかかる光源装置とを比較して説明したが、モードホップが生じていない状態では、いずれもシングルモード発振をしており、出力光の光強度分布に差異はない。

次に、図１０Ａには、図８Ａに示す外部共振器長（１５．６ｍｍ）の従来の光源装置において、レーザ光源への入力電流を横軸とし、出力光の波長を縦軸とした場合の出力光のＣＲの状態を示す。また、図１０Ｂには、図８Ｂに示す外部共振器長（５５ｍｍ）の本発明に係る光源装置において、レーザ光源への入力電流を横軸とし、出力光の波長を縦軸とした場合の出力光のＣＲの状態を示す。つまり、出力光の各波長において、レーザ光源への投入電流（つまり投入電力）を変化させたときのＣＲを示す。

図１０Ａ、１０Ｂにおいて、ＣＲが最も高いＣＲ＝１の場合に白色で示され、色が濃くなるにつれてＣＲの値が低くなり、ＣＲが最も低いＣＲ＝０の場合に黒色で示される。図１０Ａ、及び図１０Ｂの比較から、本発明に係る光源装置におけるＣＲの値が、従来の光源装置におけるＣＲの値よりも全般的に高いことが明らかである。次に、このデータを統計的に示したグラフを図１１Ａ、１１Ｂに示す。

図１１Ａは、図１０Ａに示す従来の光源装置の出力光におけるＣＲの状態の分布を示すグラフであり、図１１Ｂは、図１０Ｂに示す本発明に係る光源装置の出力光におけるＣＲの状態の分布を示すグラフである。図１１Ａ、１１Ｂにおいて、横軸にＣＲを示し、縦軸に分布度数を示す。

図１１Ａに示す従来の光源装置では、モードホップをしてないシングルモード発振の場合には、ＣＲの値が０．７〜０．９の範囲にあり、ホログラム記録再生に適用可能である。一方、図９Ａに示すような外部共振器でモードホップを生じた場合には、大半のＣＲの値が０．２〜０．４の範囲にあり、ホログラム記録再生に適用できない。また、内部共振器でモードホップを生じた場合にも、ＣＲの値が０．２〜０．３の範囲にあり、ホログラム記録再生に適用できない。

図１１Ｂに示す本発明に係る光源装置では、モードホップをしてないシングルモード発振の場合には、ＣＲの値が０．７〜０．９の範囲にあり、ホログラム記録再生に適用可能である。また、図９Ｂに示すような外部共振器でモードホップを生じた場合にもおいても、ＣＲの値が０．５５〜０．８の範囲にあり、ホログラム記録再生に適用可能である。一方、内部共振器でモードホップを生じた場合には、ＣＲの値が０．２〜０．３の範囲にあり、ホログラム記録再生に適用できない。

つまり、図１１Ｂに示す本発明に係る光源装置では、レーザ光源４に所定の範囲の電力（電流値）が印加されたとき（図１１Ｂでは１００〜１０８ｍＡの電流値）に、光源装置２から出力される所定の波長範囲（図１１Ｂでは４０２.０〜４０８.０ｎｍ）の出力光のＣＲにおいて、外部共振におけるモードホップが生じたときのＣＲが、内部共振におけるモードホップが生じたときのＣＲよりも、シングルモードにおけるＣＲに近い値を示している。
この外部共振における波長範囲として、４００ｎｍ以上４１０ｎｍ以下であることを例示することができるが、これに限られるものではない。

本発明に係る光源装置では、外部共振器長を所定値より長くとることにより、外部共振器の縦モード間隔を所定値以下にすることができ、これにより、外部共振におけるモードホップが生じたときのＣＲが、内部共振におけるモードホップが生じたときのＣＲよりも、シングルモードにおけるＣＲに近い値を示すようにできる。よって、温度変化等により外部共振器でモードホップが生じた場合であっても、安定してホログラム記録再生に適用することができる。このことが、図１０Ｂ及び１１Ｂに示す試験結果から証明された。

このことは、外部共振におけるモードホップが生じたときのＣＲの値が、ホログラム記録再生用光源として実用可能な所定の閾値以上であるということもできる。この所定の閾値として０．５であることが好ましく、０．５５であることが更に好ましい。

次に、本発明者らは、様々な試験を行って、外部共振器のモードホップが生じた場合であっても安定してホログラム記録再生に適用可能な干渉縞が形成されるのに必要な外部共振器長を検討した。その結果を図１２に示す。図１２は、外部共振器型レーザ光源装置において、外部共振器長Ｌ２を横軸とし、出力する光のＰＬＧを縦軸としたグラフである。

ここで、ＰＬＧ（Ｐａｕｌ’ｓＬａｓｅｒＧｏｏｄｎｅｓｓ）とは、シングルモード比率を表す数値であり、一例として、ＰＬＧ＝０．８以上であれば、ホログラム記録再生に適用可能なレーザ光を容易に選択することができる。反対に、ＰＬＧが０．８よりも低い場合は、ホログラム記録再生に使用可能なレーザ光を選択するまでの調整に時間を要し、ホログラム記録再生機としての処理速度および性能を低下させる。従って、外部共振器長Ｌ２＝２５ｍｍ以上であれば、外部共振器のモードホップが生じた場合であってもホログラム記録再生に適用可能なレーザ光が発振されると言える。

このとき、光の波長λ＝４０５ｎｍ、外部共振器の屈折率をｎ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}、＝１．０とすると、外部共振器の縦モード間隔Δλ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}が、３．２ｐｍ以上であれば、外部共振器のモードホップが生じた場合であってもホログラム記録再生に適用可能なレーザ光が発振されるといえる。以上により、外部共振器のモードホップが生じた場合であっても安定してホログラム記録再生に適用可能な光源装置を得ることができる。

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

２光源装置
４レーザ光源
６回折格子
８ａ第１の反射ミラー
８ｂ第２の反射ミラー
１０コリメートレンズ
２０回転機構
２２アーム
２４回転軸
３０更なる反射ミラー

Claims

レーザ光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光源からの出射光の一部を透過する回折格子と、
回転軸を中心に前記回折格子を回転させる回転機構と、
を備え、
前記回折格子からの戻り光が前記レーザ光源に入射し、前記回折格子を透過した光が出力光となる外部共振器型レーザ光源装置であって、
前記レーザ光源及び前記回折格子の間の光路上に、前記レーザ光源からの出射光を前記回折格子に向けて入射光として反射する第１の反射ミラーを備え、
前記レーザ光源からの出射光が、該入射光の光路に対して前記回転軸側から前記第１の反射ミラーに入射することを特徴とする外部共振器型レーザ光源装置。
前記レーザ光源に所定の範囲の電力が印加されたときに前記光源装置から出力される所定の波長範囲の出力光のＣＲにおいて、
前記レーザ光源と前記回折格子との間の外部共振におけるモードホップが生じたときのＣＲが、前記レーザ光源の内部共振におけるモードホップが生じたときのＣＲよりも、シングルモードにおけるＣＲに近い値を示す、請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
前記外部共振器型レーザ光源装置は、リトロー型である、請求項１または２に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
前記レーザ光源及び前記第１の反射ミラーの間の光路上にコリメートレンズを備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
前記回折格子から前記レーザ光源に入射する光は、１次回折光であり、前記出力光は、０次回折光であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
前記レーザ光源及び前記第１の反射ミラーの間の光路上に、第２の反射ミラーが備えられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の外部共振器型レーザ光源装置。