JP3654401B2 - 外部共振器型光源 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長選択素子を備えた外部共振器型光源に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の外部共振器型光源の一例として、外部共振器型半導体レーザ光源(以下、半導体レーザをLDと略称する)について、図5及び図6を参照しながら説明する。
図5は、従来技術における外部共振器型LD光源の一構成例を示す図、図6は、図5の外部共振器型LD光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【0003】
図5の従来例において、200はLDであり、201、202はLDの端面を表している。通常、外部共振器型LD光源では、LD両端面でのファブリペロ共振を避けるため、片方の端面201に反射防止膜が施されている。
この反射防止膜が施された端面201から出射した光は、レンズ210により平行光にされてから、波長選択素子である回折格子220に入射する。なお、波長選択素子としては、バンドパスフィルタを用いることも可能である。
そして、回折格子220によって波長選択された光は、向きを180゜変えて進行し、レンズ210によって集光されてから、LD200に帰還する。ここで、LD200の端面202と回折格子220とにより外部共振器が構成され、レーザ発振をする。
一方、反射防止膜の施されていない端面202から出射した光は、レンズ230により平行光にされ、光アイソレータ240を通過し、レンズ250により集光されて、光ファイバ260から出力光として取り出される。
この出力光の波長成分は、図6に示すように、回折格子220において選択された単一の波長が支配的となるが、この他にLD200自身から直接レンズ230側に出射した広波長帯域の自然放出光も含まれることとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記の外部共振器型LD光源においては、出力光の中に、波長選択素子で選択された波長のレーザ光と、発光素子からの自然放出光とが含まれているため、光パワーメータと組み合わせて各種光学フィルタ特性などを測定しようとした場合、正確な測定ができないという問題があった。特に、ノッチ型フィルタにおいては、それが顕著であった。
こうした単一波長のレーザ光と広波長帯域の自然放出光とのパワーの比は、一般的に、サイドモード抑圧比と呼ばれ、上記従来例の場合には、それが40dB程度であった。
【0005】
そこで、この発明の目的は、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を有する外部共振器型光源を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項1記載の発明は、発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子と、
を備えた外部共振器型光源において、
前記発光素子と前記波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、
前記波長選択素子からの選択光を前記光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出す構成とした。
【0007】
この請求項1記載の発明によれば、発光素子と波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、波長選択素子からの選択光を光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出すことにより、出力光が、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、波長純度の高いものとなる。
【0008】
ここで、発光素子は、例えば、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどが挙げられる。光分岐素子としては、無偏光ビームスプリッタなどである。また、波長選択素子としては、フィルタ型、回折格子型などが挙げられる。
【0009】
請求項1記載の発明は、さらに、前記波長選択素子が、回折格子からなる構成とした。
この請求項1記載の発明によれば、波長選択素子が、回折格子からなるため、回折格子に入射した光は、回折格子において波長選択が行われ、特定の波長の光だけが、光の向きを180゜変えて、光分岐素子へと入射する。
【0010】
請求項1記載の発明は、さらに、前記回折格子で波長選択された光を、ミラーで全反射させて再び回折格子に入射させるように構成した。
この請求項1記載の発明によれば、回折格子において2回の波長選択が行われ、それにより波長選択性をさらに高めることができる。
【0011】
請求項2記載の発明は、発光素子と、該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子と、を備え、前記発光素子と前記波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、前記波長選択素子からの選択光を前記光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出す外部共振器型光源であって、前記波長選択素子が、バンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した選択光を反射し、光の向きを180゜変えて再び前記バンドパスフィルタへと入射させるミラーと、から構成されている。
【0012】
この請求項2記載の発明によれば、波長選択素子がバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した選択光を反射し、光の向きを180゜変えて再びバンドパスフィルタへと入射させるミラーとから構成されるため、発光素子よりバンドパスフィルタに入射した光は、バンドパスフィルタを通過する過程で、波長選択が行われ、特定の波長の光のみが透過する。また、バンドパスフィルタを透過した特定の波長の光は、ミラーにより反射され、光の向きを180゜変えて、光分岐素子へと入射する。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載の外部共振器型光源であって、前記波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えた構成とした。
この請求項3記載の発明によれば、波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えたため、波長選択素子を任意の角度に回転させることにより、その回転角に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項2記載の外部共振器型光源であって、前記発光素子の光軸に対して垂直方向に、前記波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えた構成とした。
この請求項4記載の発明によれば、発光素子の光軸に対して垂直方向に、波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えたため、波長選択素子を所定量移動させることにより、その移動量に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【0015】
請求項5記載の発明は、発光素子と、該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、前記回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を備えた構成とした。
【0016】
この請求項5記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光が反射体によって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【0017】
請求項6記載の発明は、発光素子と、該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、前記回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを180゜変えて再び前記回折格子へ入射させるミラーを設け、該ミラーが、角度の異なる少なくとも2以上の反射面を備えた多面反射ミラーである構成とした。
【0018】
この請求項6記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを180゜変えて再び回折格子へ入射させるミラーを設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子へ帰還する。また、ミラーが、角度の異なる少なくとも2以上の反射面を備えた多面反射ミラーであるため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光がミラーによって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【0019】
請求項7記載の発明は、請求項1〜6の何れかに記載の外部共振器型光源であって、前記発光素子が、半導体レーザからなる構成とした。
【0020】
この請求項7記載の発明によれば、発光素子が、半導体レーザからなるため、発光スペクトル幅が狭く、出力光を高い精度でコリメートできる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る外部共振器型光源の実施の形態例について、図1〜図4の図面を参照しながら説明する。
【0022】
[第1の実施の形態例]
図1は、本発明を適用した外部共振器型光源の第1の実施の形態例を示す構成図である。
この実施の形態例の外部共振器型光源は、図1に示すように、発光素子1、該発光素子1から出射した光を波長選択する波長選択素子3、該波長選択素子3からの選択光4を出力光4Aと帰還光4Bとに分岐させる光分岐素子2等から構成されている。
【0023】
このように構成される外部共振器型光源において、発光素子1の一方の端面1aより出射した光は、光分岐素子2を介して波長選択素子3に入射する。この波長選択素子3に入射した光は、波長選択されたのち、向きを180゜変えて進行し、光分岐素子2へと入射する。
そして、光分岐素子2へと入射した選択光4は、一部が、光分岐素子2を透過し、帰還光4Bとして発光素子1へと帰還する。ここで、波長選択素子3と発光素子1の端面1bとにより外部共振器が構成され、レーザ発振をする。
また、光分岐素子2を透過しなかった光は、光分岐素子2において反射され、向きを90゜変えて、出力光4Aとして外部へと出力されることとなる。
【0024】
また、波長選択素子3は、図には現れない回転機構やスライドステージによって、角度調整や共振器長調整が行われ、それにより、波長可変が行われるようになっている。
【0025】
次に、この外部共振器型光源において、発光素子1がLD、光分岐素子2が無偏光ビームスプリッタ、波長選択素子3が回折格子である場合について、図2を参照しながら説明する。
図2は、外部共振器型光源として例示する外部共振器型LD光源を示す構成図、図3は、図2の外部共振器型LD光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【0026】
この外部共振器型LD光源は、図2に示すように、発光素子としてのLD100、レンズ110、光分岐素子としての無偏光ビームスプリッタ120、波長選択素子としての回折格子130、光アイソレータ140、レンズ150、光ファイバ160等により構成されている。そして、LD100の端面101には、従来と同様に、反射防止膜が施されている。
【0027】
このように構成される外部共振器型LD光源において、端面101から出射した光はレンズ110により平行光にされ無偏光ビームスプリッタ120を通過したのち回折格子130に入射する。
ここで、無偏光ビームスプリッタ120は、透過率80%(反射率20%)のものを使用しているため、無偏光ビームスプリッタ120に入射した光の80%が回折格子130に入射することになる。
そして、回折格子130に入射した光は、波長選択されたのち、向きを180゜変えて進行し、再度、無偏光ビームスプリッタ120に入射する。そして、無偏光ビームスプリッタ120において、入射した光の80%は透過し、20%は反射して向きを変えて進行する。
無偏光ビームスプリッタ120を透過した光は、そのまま直進し、レンズ110により集光された後、LD100に帰還する。ここで、回折格子120とLDの端面102とにより外部共振器が構成され、レーザ発振をする。
一方、無偏光ビームスプリッタ120において、反射した光は、向きを90゜変えて進行し、光アイソレータ140を通過してから、レンズ150により集光され、光ファイバ160により出力光として外部に取り出される。
【0028】
こうして外部に取り出された出力光は、LD100の内部で発生した自然放出光成分が回折格子130において波長選択されているため、図3に示すように、選択波長以外の成分は極めて低くなり、そのサイドモード抑圧比が60dBを超える値となる。
【0029】
また、例えば、回折格子130で波長選択された光を、一旦横に逃がした後、その逃がした光をミラーで全反射させて再び回折格子130に入射させれば、回折格子130において2回の波長選択が行われ、それにより波長選択性をさらに高めることもできる。
【0030】
また、波長選択素子3は、上記の回折格子130以外にも、例えば、バンドパスフィルタを用いることも可能である。
その場合には、LD100の端面101から出射した光は、無偏光ビームスプリッタ120を通過して、バンドパスフィルタに入射する。このバンドパスフィルタに入射した光は、バンドパスフィルタを通過する過程で波長選択が行われ、特定の波長の光だけが透過する。そして、透過した光はミラーに反射されて、光の向きを180゜変えて進行し、再度、バンドパスフィルタを透過してから、無偏光ビームスプリッタ120に入射する。
無偏光ビームスプリッタ120に入射した光は、前述と同様に、分岐され、一方は、光ファイバ160により出力光として外部に取り出され、他方は、LD100に帰還する。
【0031】
以上のように、第1の実施の形態例の外部共振器型光源によれば、発光素子1と波長選択素子3との間に光分岐素子2を配置し、波長選択素子3からの選択光を光分岐素子2によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出すことにより、出力光が、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、波長純度の高いものとなる。
また、回転機構等により、波長選択素子3を任意の角度に回転させれば、その回転角に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
また、スライドステージ等により、発光素子1の光軸方向に波長選択素子3を所定量移動させれば、その移動量に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【0032】
[第2の実施の形態例]
図4は、本発明を適用した外部共振器型LD光源の第2の実施の形態例を示すもので、(a)は上方から見た図、(b)は側方から見た図、(c)はミラーの側面図である。
【0033】
この実施の形態例の外部共振器型LD光源は、図4に示すように、LD100、レンズ110、回折格子130、光アイソレータ140、レンズ150、光ファイバ160、ミラー170等により構成されている。この第2の実施の形態例において、前述の第1の実施の形態例と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
ミラー170は、角度の異なる複数の反射面を持つ多面反射ミラーとなっていて、第1反射面171と、第2反射面172とを備えている。
第1反射面171は、回折格子130からの選択光を、向きを180゜変えて進行させ、再び回折格子130に入射させてから、帰還光としてLD100に帰還させる。
一方、第2反射面172は、回折格子130からの光を、回折格子130の溝方向に角度をずらして戻す。この回折格子130に再入射した光は、反射してLD100の光軸とはずれた方向に進行し、光アイソレータ140を通過してから、レンズ150により集光され、光ファイバ160により出力光として外部に取り出される。
【0034】
即ち、この実施の形態例の場合には、回折格子130からの帰還光をミラー170の反射角度を複数にすることにより分離しているので、LD100と回折格子130との間に光分岐素子を設ける必要がなくなる。
また、ミラー170を、例えば、部分反射膜の単一反射面にして、その透過光を出力光とすることも可能であるが、その場合、ビームプロファイルが楕円となるため、効率よく光ファイバに結合するのが困難となる。
【0035】
以上のように、第2の実施の形態例の外部共振器型LD光源によれば、回折格子130で波長選択された光を反射し、光の向きを180゜変えて再び回折格子130へ入射させるミラー170を設けたため、回折格子130で波長選択された光の一部は、LD100へ帰還する。また、ミラー170が、角度の異なる少なくとも2以上の反射面を備えた多面反射ミラーであるため、回折格子130で波長選択された光の一部は、LD100の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子130において波長選択された光がミラー170によって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【0036】
なお、本発明は、この実施の形態の外部共振器型LD光源に限定されるものではなく、例えば、発光素子として半導体レーザ以外に、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどを用いることも可能である。
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【0037】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、発光素子と波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、波長選択素子からの選択光を光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出すことにより、出力光が、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、波長純度の高いものとなる。
【0038】
そして、請求項1記載の発明によれば、波長選択素子が、回折格子からなるため、回折格子に入射した光は、回折格子において波長選択が行われ、特定の波長の光だけが、光の向きを180゜変えて、光分岐素子へと入射する。
さらに、請求項1記載の発明によれば、回折格子において2回の波長選択が行われ、それにより波長選択性をさらに高めることができる。
【0039】
請求項2記載の発明によれば、波長選択素子がバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した選択光を反射し、光の向きを180゜変えて再びバンドパスフィルタへと入射させるミラーとから構成されるため、発光素子よりバンドパスフィルタに入射した光は、バンドパスフィルタを通過する過程で、波長選択が行われ、特定の波長の光のみが透過する。また、バンドパスフィルタを透過した特定の波長の光は、ミラーにより反射され、光の向きを180゜変えて、光分岐素子へと入射する。
【0040】
請求項3記載の発明によれば、波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えたため、波長選択素子を任意の角度に回転させることにより、その回転角に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
請求項4記載の発明によれば、発光素子の光軸に対して垂直方向に、波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えたため、波長選択素子を所定量移動させることにより、その移動量に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【0041】
請求項5記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光が反射体によって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【0042】
請求項6記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを180゜変えて再び回折格子へ入射させるミラーを設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子へ帰還する。また、ミラーが、角度の異なる少なくとも2以上の反射面を備えた多面反射ミラーであるため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光がミラーによって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【0043】
請求項7記載の発明によれば、発光素子が、半導体レーザからなるため、発光スペクトル幅が狭く、出力光を高い精度でコリメートできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した外部共振器型光源の第1の実施の形態例を示す構成図である。
【図2】外部共振器型光源として例示する外部共振器型LD光源を示す構成図である。
【図3】図2の外部共振器型LD光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【図4】本発明を適用した外部共振器型LD光源の第2の実施の形態例を示すもので、(a)は上方から見た図、(b)は側方から見た図、(c)はミラーの側面図である。
【図5】従来技術における外部共振器型LD光源の一構成例を示す図である。
【図6】図5の外部共振器型LD光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
1 発光素子
2 光分岐素子
3 波長選択素子
4 選択光
4A 出力光
4B 帰還光
100 LD
120 無偏光ビームスプリッタ
130 回折格子
170 ミラー
Claims (7)
- 発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子としての回折格子と、
該回折格子で波長選択された光を全反射させて再び回折格子に入射させるミラーと、
前記回折格子からの選択光を分岐させる光分岐素子と、
を備え、
前記回折格子で波長選択された光を、ミラーで全反射させて再び回折格子に入射させて、回折格子で再度波長選択されて波長選択性が高められた光を前記光分岐素子によって分岐させ、その分岐させた一方の光を出力光として、前記波長選択性が高められた光を取り出すように構成したことを特徴とする外部共振器型光源。 - 発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子としてのバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを透過して波長選択された光を反射し、光の向きを180゜変えて再びバンドパスフィルタへと入射させるミラーと、
前記バンドパスフィルタを透過した選択光を分岐させる光分岐素子と、
を備え、
前記バンドパスフィルタを透過して波長選択された光を、ミラーで向きを180゜変えて反射し、再びバンドパスフィルタへと入射させて、バンドパスフィルタを再度透過して波長選択されて波長選択性が高められた光を前記光分岐素子によって分岐させ、その分岐させた一方の光を出力光として、前記波長選択性が高められた光を取り出すように構成したことを特徴とする外部共振器型光源。 - 前記波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の外部共振器型光源。
- 前記発光素子の光軸に対して垂直方向に、前記波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えたことを特徴とする請求項2記載の外部共振器型光源。
- 発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、
前記回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を備えたことを特徴とする外部共振器型光源。 - 発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、
前記回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを180゜変えて再び前記回折格子へ入射させるミラーを設け、
該ミラーは、角度の異なる少なくとも2以上の反射面を備えた多面反射ミラーであることを特徴とする外部共振器型光源。 - 前記発光素子は、半導体レーザからなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の外部共振器型光源。
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