JP3069643B2 - 波長可変光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子に対する
反射体の回動によって波長を可変する外部共振器型の波
長可変光源において、光学系の配置に自由度を持たせ、
また、共振器長を短くするための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折格子を用いた外部共振器型の波長可
変光源のうち、リトマン型の呼ばれるものでは、図４に
示すように、半導体レーザ１の一方の出射端面１ａ（低
反射面）から出射された光をコリメータ２によって平行
光に変換して回折格子３に入射し、回折格子３の回折光
をミラー４によって逆光路で反射して半導体レーザ１に
戻すように構成されており、固定された回折格子３に対
してミラー４を所定位置を中心に回動させて回折格子３
とミラー４との間の光路長を変化させることで、半導体
レーザ１に対する外部共振器長を可変し、回折格子３の
全反射光または半導体レーザ１の他方の出射端面１ｂか
らの出射光の波長を可変している。

【０００３】このリトマン型の波長可変光源では、回折
格子３の回折面３ａを延長した平面Ｈ１と半導体レーザ
１の屈折率を考慮した半導体レーザ１の実効共振端面を
延長した平面Ｈ２とが交わって形成される交線Ｒ（図面
に垂直な線）をミラー４の回動中心線とし、ミラー４の
反射面４ａを延長した平面Ｈ３がこの回動中心線Ｒを含
むように設定することによって、モードホップを生じさ
せずに波長を連続的に可変できるようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の波長可変光源では、ミラーの回動中心線Ｒの位
置が１点に限定されてしまい、光学系の設計上での自由
度が全く無く、例えば、他の機能を実現する光学系をこ
の波長可変光源とともに実装する場合に大きな制限を受
ける。

【０００５】また、同じ理由から共振器長を短くするこ
とができず、隣接する外部共振モードに対する回折格子
のフィルタの分解能に余裕がないという問題があった。

【０００６】本発明は、この課題を解決し、ミラーの回
動中心線の位置に自由度を持たせることができ、共振器
長を短くすることができる波長可変光源を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の波長可変光源は、ベース（２１）と、該ベ
ース上に固定され少なくとも一方の光出射面が低反射で
ある半導体レーザ（２２）と、前記ベース上に固定され
前記半導体レーザの前記低反射面からの出射光を平行光
に変換するコリメータ（２３）と、前記ベース上に固定
され前記コリメータによって平行光に変換された光を回
折する回折格子（２４）と、前記回折格子からの回折光
を受ける位置で移動可能に配置され該回折光を前記回折
格子に逆光路で反射して前記半導体レーザに戻す反射体
（２５）と、該反射体を前記ベース上の所定位置を中心
に回動させて移動させる反射体回動手段（２６、２７、
２８）とを備えた外部共振器型の波長可変光源におい
て、前記反射体回動手段による前記反射体の回動中心と
なる前記所定位置が、前記回折格子の回折面を延長した
平面Ｈ１に含まれ、且つ該平面Ｈ１と前記半導体レーザ
の実効共振端面を延長した平面Ｈ２とが交わる位置より
前記回折格子側に設けられ、 前記回折格子の回折面を延
長した平面Ｈ１と前記反射体の反射面を延長した平面Ｈ
３とが、前記反射体の回動中心となる前記所定位置と前
記回折格子の間で交わるように設定されているととも
に、前記反射体の回動中心となる前記所定位置から前記
回折格子に入射する光の光軸入射点Ｇまでの距離ｒ、該
光軸入射点Ｇから前記半導体レーザまでの実効光路長Ｌ
１、前記反射体の回動中心となる前記所定位置から該反
射体の反射面を延長した平面Ｈ３までの距離Ｌ２および
前記回折格子に対する光の入射角αとの間に次の関係 ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／sin α が成り立つようにしている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の波長可
変光源２０の構成を示している。

【０００９】図１において、矩形状のベース２１の平坦
な上面２１ａの所定位置には半導体レーザ２２が固定さ
れている。

【００１０】半導体レーザ２２の少なくとも一方の光出
射面２２ａは低反射であり、この低反射の光出射面２２
ａからベース２１の上面２１ａに平行に出射された光
は、ベース２１上に固定されたコリメータ２３に入射さ
れ、平行光に変換されてベース２１の上面２１ａに平行
に出射される。

【００１１】コリメータ２３から出射された光は、ベー
ス２１上に固定された回折格子２４の回折面２４ａに入
射角αで入射される。なお、回折格子２４は、回折面２
４ａおよび回折面２４ａに設けられている刻線（図示せ
ず）がベース２１の上面２１ａに垂直となるように固定
されている。

【００１２】回折格子２４の回折面２４ａ側には、反射
体として平面鏡型のミラー２５がその反射面２５ａを回
折面２４ａに対向させるように配置されている。このミ
ラー２５は、回折格子２４からの回折光を回折格子２４
の回折面２４ａに逆光路で反射して半導体レーザ２２へ
戻すためのものである。

【００１３】ミラー２５は、反射面２５ａがベース２１
の上面２１ａに垂直となる状態で、回動自在なアーム２
６の一端２６ａ側に支持されている。アーム２６は後述
するバネ２８および駆動装置２９とともにこの実施形態
の反射体回動手段を形成するものであり、その他端２６
ｂ側は、軸２７によってベース２１上の所定位置で回動
自在に支持されている。

【００１４】アーム２６とベース２１の間には、アーム
２６の一端２６ａ側を回折格子２４から離間させる方向
に付勢するバネ２８が掛けられており、ベース２１上の
アーム２６の一端側２６ａ近傍には、アーム２６の一端
２６ａ側を押し引きして、回折格子２４に対するミラー
２５の角度および距離を可変させる駆動装置２９が設け
られている。

【００１５】この実施形態の波長可変光源２０のミラー
２５の回動中心線Ｒは、半導体レーザ２２から出射され
てコリメータ２３、回折格子２４およびミラー２５に至
る光の光軸Ｃａ、Ｃｂによって形成される平面を延長し
た光路基準面（ベース２１の上面２１ａに平行な面）に
垂直で、回折格子２４の回折面２４ａを延長した平面Ｈ
１上にあるが、この平面Ｈ１と半導体レーザ２２の屈折
率を考慮した実効共振端面を延長した平面Ｈ２とが交わ
る位置Ｒ′よりも回折格子２４寄りに設けられている。

【００１６】しかも、この回動中心線Ｒは、ミラー２５
の反射面２５ａを延長した平面Ｈ３に含まれておらず、
前記リトマン型の波長可変光源の光学系の配置条件を満
たしていない。

【００１７】しかし、この実施形態の波長可変光源２０
では、図２に示しているように、回折格子２４に入射す
る光の光軸入射点Ｇから回動中心線Ｒまでの距離をｒ、
光軸入射点Ｇから半導体レーザ２１の実効共振端面Ｈ２
までの距離（実効光路長）をＬ１、回動中心線Ｒからミ
ラー２５の反射面２５ａを延長した平面Ｈ３に降ろした
垂線ＲＰの長さ（回動中心Ｒから平面Ｈ３までの距離）
をＬ２としたとき、次式、 ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／sin α を満足するように各部が配置されているため、モードホ
ップのない状態で波長の連続可変が可能である。

【００１８】なお、実効光路長Ｌ１は、一般に、波長に
よる補正がないとすれば、光軸入射点Ｇから半導体レー
ザの反射端までの実際の距離に、 （Ｎ１−１）・Ｕ１＋（Ｎ２−１）・Ｕ２ を加えたものである。ただし、Ｎ１はコリメータの屈折
率、Ｕ１はコリメータの光通過長、Ｎ２は半導体レーザ
の屈折率、Ｕ２は半導体レーザの光通過長である。

【００１９】次に、前式 ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／sin α を満足するときにモードホップのない状態で波長の連続
可変が可能であることを、図２に基づいて証明する。

【００２０】ミラー２５の反射面２５ａと回折格子２４
の回折面２４ａとが平行な状態を基準としてミラー２５
の反射面２５ａの角度θを定義し、回折格子２４の回折
角βとすると、θ＝βとなる。

【００２１】また、回折格子２４の光軸入射点Ｇからミ
ラ−２５までの距離Ａは、 Ａ＝ｒ・sin θ−Ｌ２ ……（１） と表され、外部共振器長Ｌ（θ）は、 Ｌ（θ）＝Ｌ１＋Ａ＝Ｌ１＋ｒ・sin θ−Ｌ２ ……（２） と表される。

【００２２】また、回折格子２４による回折波長λ
（θ）は、 λ（θ）＝（ｄ／ｍ）・（sin α＋sin θ） ……（３） となる。ここで、ｄは回折格子の回折定数、ｍは回折次
数である。

【００２３】一方、外部共振器によって共振する波長条
件は、２Ｌ（θ）＝ｑ・λ（θ）と表されるから、 ｑ＝２・Ｌ（θ）／λ（θ） ……（４） となり、ここで、θ＝０のときの波長をλ（０）とする
と、式（２）〜式（４）は、それぞれ Ｌ（０）＝Ｌ１−Ｌ２ ……（５） λ（０）＝（ｄ／ｍ）・sin α ……（６） ｑ＝２・Ｌ（０）／λ（０） ……（７） となる。

【００２４】また、θ＝０のときの外部共振器の共振次
数ｑ（０）は、 ｑ（０）＝２・（Ｌ１−Ｌ２）／〔（ｄ／ｍ）・sin α）〕 ……（８） となり、θ≠０のときの外部共振器の共振次数ｑ（θ）
は、ｑ（θ） ＝２・（Ｌ１＋ｒ・sin θ−Ｌ２）／〔（ｄ／ｍ）・（sin α＋sin θ）〕 ……（９） となる。

【００２５】ここで、波長およびθによらず、１つの共
振次数のみで外部共振するためには波長およびθによら
ず常にｑ（０）＝ｑ（θ）が成立すればよい。

【００２６】つまり、 ２・（Ｌ１−Ｌ２）／〔（ｄ／ｍ）・sin α）〕 ＝２・（Ｌ１＋ｒ・sin θ−Ｌ２）／〔（ｄ／ｍ）・（sin α＋sin θ）〕 ……（１０） が成立すれば、１つの共振条件で発振する。

【００２７】上式（１０）を展開整理すると、 １／sin α＝ｒ／（Ｌ１−Ｌ２） となり、前記したように、 ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／sin α が満足されるように各部の設定することで、１つの共振
次数のみで外部共振し、モードホップのない状態で、回
折格子２４の全反射光または半導体レーザ２２の他方の
出射端面２２ｂからの出射光の波長を連続可変できる。

【００２８】ここで、入射角αおよび距離Ｌ１が固定さ
れているとすれば、ミラ−２５の回動中心線Ｒの位置に
応じて距離Ｌ２を設定することで、回動中心線Ｒを平面
Ｈ１上で従来の回動中心線の位置より回折格子２４寄り
の任意の位置に設定することができ、光学系の設計上の
自由度が格段に広がる。

【００２９】また、この実施形態では、ミラー２５の回
動中心線Ｒの位置を従来のリトマン型のものに比べて回
折格子寄りに配置できるので装置全体を小型化でき、し
かも、共振器長を短くすることができる。このため、外
部共振の波長間隔を広げることができ、隣接する外部共
振モードに対する回折格子のフィルタの分解能に余裕が
できる。

【００３０】また、前記実施形態では、反射体として反
射面が単一の平面鏡型のミラー２５を用いていたが、図
３の（ａ）に示すコーナーミラー４０のように２つの反
射面４０ａ、４０ｂを有するものや、図３の（ｂ）に示
すコーナーキューブプリズム４１のように３つの反射面
４１ａ〜４１ｃを有する反射体を用いてもよい。なお、
このように複数の反射面を有する反射体を用いた場合、
実効的な反射面（前記計算上での反射面）は実際の反射
面より遠い位置となる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長可変
光源は、反射体の回動中心の位置が、回折格子の回折面
を延長した平面Ｈ１上にあり、且つその平面Ｈ１と半導
体レーザの実効共振端面を延長した平面Ｈ２とが交わる
位置より回折格子側に設けられ 、回折格子の回折面を延
長した平面Ｈ１と反射体の反射面を延長した平面Ｈ３と
が、反射体の回動中心位置と回折格子の間で交わるよう
に設定されているとともに、反射体の回動中心の位置か
ら回折格子に入射する光の光軸入射点Ｇまでの距離ｒ、
光軸入射点Ｇから半導体レーザまでの実効光路長Ｌ１、
反射体の回動中心から反射体の反射面を延長した平面Ｈ
３までの距離Ｌ２および回折格子に対する光の入射角α
との間に、次の関係 ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／sin α が成り立つようにしている。

【００３２】このため、反射体の回動中心の位置を回折
格子の回折面を延長した平面上の任意の位置に設けるこ
とができ、光学系の設計上の自由度が格段に広がる。

【００３３】また、反射体の回動中心の位置を回折格子
の回折面を延長した平面Ｈ１と半導体レーザの実効共振
端面を延長した平面Ｈ２とが交わる位置より回折格子側
に設けたので、装置を小型化でき、共振器長を短くで
き、回折格子による波長選択特性に余裕が生じてモード
ホップがさらに生じにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の構成を示す図

【図２】図１の実施形態の配置条件を説明するための図

【図３】反射体の変形例を示す図

【図４】従来のリトマン型の構成を示す概略図

【符号の説明】

２０ 波長可変光源 ２１ ベース ２２ 半導体レーザ ２３ コリメータ ２４ 回折格子 ２５ ミラー ２６ アーム ２８ 駆動装置 Ｇ 光軸入射点 Ｒ 回動中心線 Ｈ１〜Ｈ３ 平面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田垣 文章 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アン リツ株式会社内 (72)発明者 大立目 寛明 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アン リツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−267768（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−18167（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−33388（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−195520（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−260753（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−22585（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01S 3/105,3/1055

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース（２１）と、該ベース上に固定され
   少なくとも一方の光出射面が低反射である半導体レーザ
   （２２）と、前記ベース上に固定され前記半導体レーザ
   の前記低反射面からの出射光を平行光に変換するコリメ
   ータ（２３）と、前記ベース上に固定され前記コリメー
   タによって平行光に変換された光を回折する回折格子
   （２４）と、前記回折格子からの回折光を受ける位置で
   移動可能に配置され該回折光を前記回折格子に逆光路で
   反射して前記半導体レーザに戻す反射体（２５）と、該
   反射体を前記ベース上の所定位置を中心に回動させて移
   動させる反射体回動手段（２６、２７、２８）とを備え
   た外部共振器型の波長可変光源において、前記反射体回
   動手段による前記反射体の回動中心となる前記所定位置
   が、前記回折格子の回折面を延長した平面Ｈ１に含ま
   れ、且つ該平面Ｈ１と前記半導体レーザの実効共振端面
   を延長した平面Ｈ２とが交わる位置より前記回折格子側
   に設けられ、 前記回折格子の回折面を延長した平面Ｈ１と前記反射体
   の反射面を延長した平面Ｈ３とが、前記反射体の回動中
   心となる前記所定位置と前記回折格子の間で交わるよう
   に設定され ているとともに、 前記反射体の回動中心となる前記所定位置から前記回折
   格子に入射する光の光軸入射点Ｇまでの距離ｒ、該光軸
   入射点Ｇから前記半導体レーザまでの実効光路長Ｌ１、
   前記反射体の回動中心となる前記所定位置から該反射体
   の反射面を延長した平面Ｈ３までの距離Ｌ２および前記
   回折格子に対する光の入射角αとの間に次の関係 ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／sin α が成り立つようにしたことを特徴とする波長可変光源。
2. 【請求項２】前記反射体は、前記回折格子からの回折光
   を複数の反射面によって該回折格子へ反射することを特
   徴とする請求項１記載の波長可変光源。