JP4816855B2

JP4816855B2 - 光源装置

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Publication number: JP4816855B2
Application number: JP2004167668A
Authority: JP
Inventors: 直樹北栃; 卓住友; 茂樹松本
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2024-06-04
Also published as: JP2005347643A

Description

本発明は、複数の半導体レーザーから放射された光を凹面反射鏡で合波させる光源装置、又は１個の半導体レーザーから放射された光を分波後増幅した光を凹面反射鏡で合波させる光源装置に関する。

従来の露光装置では、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電ランプを光源として採用し、その放電ランプから放射される光を、例えば反射ミラーやコリメーターレンズ等を利用して平行光に変換して被処理物上に照射している。
しかしながら、このような放電ランプは、一般に使用寿命が短いため頻繁に交換する必要があり、交換作業や交換後の光量調整のための作業に手間がかかり、スループットが低いという問題があった。また、放電ランプは、消費電力が多いため経済的でないという問題もあった。

上記のような問題を解決するために、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電ランプに代えて、例えば、特開２００２−２０２４４２号公報に記載されているように、より使用寿命が長く、また消費電力も小さく、小型である、半導体レーザーや発光ダイオードのような発光素子を複数集めて合波させた光源を使用することが知られている。
特開２００２−２０２４４２号

しかしながら、上記公報に記載の技術は、複数の半導体レーザーからそれぞれ出射した光を、コリメーターレンズ及び集光レンズからなる集光光学系で光出射方向に集光した上で、受光素子としての光ファイバーに結合させて合波させるものである。そのため、それぞれの半導体レーザーと光ファイバーとの間には、光学系によって集光させるために必要な距離に応じて相当の間隔を設ける必要があり、装置が大型化するという問題があった。

また、光源として市販されている複数の半導体レーザーを用いた場合、半導体レーザー毎に放射される光のピーク波長にバラツキがあるため、合波後のスペクトルは、その波長幅が半導体レーザー単体の場合よりも広がる、複数の波長にピークを持つという不具合を生じた。その結果、上記露光装置のうち、レンズを用いた投影方式であって微細加工が要求されるもの、例えば、量産機等に用いられるマイクロマシン露光用や半導体露光用の装置においては、レンズで集光または転写する際に、色収差の影響により結像点にぼけを生じ、微細な加工ができないという問題があった。また、レーザーユニットである以上、波長のピークは１つであることが望ましい。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、１個又は複数個の半導体レーザーで構成しても、装置として小型化が可能であり、かつ、単一の波長の光を出力させることが可能な光源装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、受光素子と、該受光素子の外周を囲むように配置された複数の半導体レーザーと、該複数の半導体レーザーから放射される光を反射して前記受光素子に集光させると共に、該複数の半導体レーザーから放射される光の一部を透過する凹面反射鏡と、該凹面反射鏡を透過した光のピーク波長を検出する発光波長検出手段と、該発光波長検出手段から出力される前記半導体レーザー同士のピーク波長の波長差に基づいて、前記各半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整する発光波長調整手段を前記複数の半導体レーザー毎に備えることを特徴とする光源装置である。

第２の手段は、第１の手段において、前記各半導体レーザーは、電流の大きさによってピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該半導体レーザーの電流を制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整することを特徴とする光源装置である。

第３の手段は、第１の手段において、前記各半導体レーザーは、温度の高低によってピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該半導体レーザーの温度を制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整することを特徴とする光源装置である。

第４の手段は、第１の手段において、前記各半導体レーザーは、波長選択素子の角度、屈折率、又は厚さの変化に応じてピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該波長選択素子の角度、屈折率、又は厚さを制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整することを特徴とする光源装置である。

請求項１に記載の発明によれば、受光素子と、該受光素子の外周を囲むように配置された複数の半導体レーザーと、該複数の半導体レーザーから放射される光を反射して前記受光素子に集光させると共に、該複数の半導体レーザーから放射される光の一部を透過する凹面反射鏡と、該凹面反射鏡を透過した光のピーク波長を検出する発光波長検出手段と、該発光波長検出手段から出力される前記半導体レーザー同士のピーク波長の波長差に基づいて、前記各半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整する発光波長調整手段を前記複数の半導体レーザー毎に備えたので、従来の光源装置に比べて、光学系によって集光させるのに必要な距離を短くでき、装置の小型化が図ることができる。また、個々の半導体レーザーから放射される光のピーク波長にバラツキがある場合でも、発光波長調整部によって全ての半導体レーザーから放射される光のピーク波長を一致させて合波させることができるので、レンズで集光または転写する際に、色収差の影響により結像点にぼけが生じたり、微細な加工ができない等の問題を解決することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記各半導体レーザーは、電流の大きさによってピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該半導体レーザーの電流を制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整するようにしたので、発光波長調整手段を波長によって電流が制御される電流制御系で容易に実現することができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記各半導体レーザーは、温度の高低によってピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該半導体レーザーの温度を制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整するようにしたので、発光波長調整手段を波長によって温度が制御される温度制御系で容易に実現することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記各半導体レーザーは、波長選択素子の角度、屈折率、又は厚さの変化に応じてピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該波長選択素子の角度、屈折率、又は厚さを制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整するようにしたので、発光波長調整手段を波長選択素子によって容易に実現することができる。

本発明の第１の実施形態を図１乃至図６を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る光源装置の構成を示す図である。図２は、図１に示す凹面反射鏡３を中心軸Ｘ方向から見た図である。図３は、横軸に波長を、縦軸に光強度をとり、ピーク波長の異なる、例えば、半導体レーザー２ａ、２ｂからの放射光を合波させた際のスペクトルを示す図である。図４は、横軸に駆動電流値を、縦軸に発光ピーク波長をとり、半導体レーザーにおける駆動電流値と発光ピーク波長との関係を示す図である。

図１に示すように、本発明の光源装置１０は、受光素子１と、受光素子１の外周を囲むように環状に配置された、例えば、全ては図示されていないが、４個の半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの光出射方向に配置された凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを保持する基台４と、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに入射した光のピーク波長を検出するための発光波長検出部５と、発光波長検出部５の検出結果に基いて、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放射される光のピーク波長を調整する発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄとから構成される。

ここで用いられる半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲であって、例えば４０５ｎｍにピーク波長を有する光を放射する。また、各半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを構成する材料は、例えばガリウムナイトライド（ＧａＮ）系である。全ての半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、受光素子１の端面１１と概ね同一面内に配置される。受光素子１は、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからの光が上記波長にピークを有する場合には、石英ガラスから構成された光ファイバーを用いることが好ましい。石英ガラスで構成した光ファイバーは、波長２００ｎｍ以上の光において透過性を有し、特に、波長４００ｎｍ以上の光において伝送損失が小さく、また、開口数が小さいのでビーム広がりが小さく光密度の高い合波光が得られる。

凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、１個の半導体レーザーから放射された光を１個の凹面反射鏡で反射させるため、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと同数用意され、基台４の受光素子１及び半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対向する側の端面４１に設けられた凹所４２に、図２に示すように、中心軸Ｘを囲むように環状に埋設配置される。
基台４は、上記のようなピーク波長を有する光に対して透過性を有し、例えば、円柱状の石英ガラスやフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等から構成される。基台４が上記波長に対して透過性を必要とするのは、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからそれぞれ放射された光を対応する凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにおいて大部分を反射して受光素子１の端面１１に集光させるが、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって反射されない一部の光を基台４を透過させて、発光波長検出手段５によって検出させるためである。

凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、上記のようなピーク波長を有する光に対して透明な材質から構成され、例えば、石英ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等から構成される。凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの表面には、入射した光のうち９５％〜９９％が反射するように、例えば、誘電体多層膜のコーティングが施されて反射面が形成される。凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの反射面形状は、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの放射光の水平成分と垂直成分の伝搬特性（ビーム広がり）が異なるため非球面であることが望ましいが、球面でも構わない。なお、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、別体で構成する以外にも、基台４の端面４１に形成した凹所４２に上記同様のコーティングを施して反射面を形成してもよい。
凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、中心軸Ｘに対して小さい半径の円周上に配置されることが好ましい。その理由は、図１に示すように、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄへの入射光Ａと凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄからの反射光Ｂとでなす角αが大きいと、受光素子１における入射角β（中心軸Ｘと反射光Ｂの最外側の光線成分とでなす角）が受光素子１の開口数を超えることにより光損失が生じるからである。なお、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの配置において許容される中心軸Ｘからの半径は、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのビーム広がり、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの曲率半径、及び凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの受光素子１や半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからの距離により異なる。

発光波長検出部５は、全ては図示されていないが、受光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄと、受光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄに接続または一体化されたケーブル５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと、ケーブル５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに接続された分光器５３とを備えている。基台４には、例えば、１個の凹面反射鏡３ａに１個の受光部５１ａが対応するように、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと同数の受光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが埋設されている。そして、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放射された光Ａは上記したようにその９５〜９９％が凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって反射され反射光Ｂとなるが、残りの１〜５％の光Ｃは、凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び基台４を透過して受光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄに入射される。分光器５３は、受光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄからケーブル５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄによって送られた入射光Ｃの光信号を受信することにより、入射光Ｃのピーク波長を検出する。ケーブル５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、受光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄと一体化された光ファイバーであることが望ましい。また、受光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを波長感度特性の勾配が大きなフォトダイオードとし、ケーブル５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを電気ケーブルとして、分光器５３を光信号ではなく電気信号により波長を観測する構成にしても構わない。

全ては図示されていないが、発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、電流制御系であり、異なる電力供給線７を通じて半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ毎に調整された電流を供給するため、それぞれの半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対応して１個ずつ設けられる。また、発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、分光器５３からの検出信号を送信するための信号線８によって接続されている。

次に、発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの機能について以下に説明する。発光波長検出部５によって検出された、例えば、２個の半導体レーザー２ａ、２ｂから放射された光のピーク波長が、図３に示すようにそれぞれλ１、λ２である場合に、発光波長調整部６ｂから電力供給線７に流す駆動電流ｉを調整することによりλ２をλ１に一致させる場合について考える。
図４に示すように半導体レーザー２ｂに流す電流ｉを下げると、半導体レーザー２ｂのピーク波長は短波長側にシフトする。よって、図３に示すようにλ２がλ１よりも大きい場合には半導体レーザー２ｂに流す電流ｉを下げることにより、λ２を短波長側にシフトさせてλ１に一致させることができる。なお、波長の電流依存性は、波長域、メーカー等により個体差はあるが、例えば、０．０１〜０．１ｎｍ／ｍＡ程度である。

図５は、発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る電流制御系の一例を示す図である。
同図において、発光波長検出部５（分光器５３）において得られた波長比較結果信号λ（＝λ２−λ１）を、発光波長調整部６ｂである駆動電源６ｂ１に直接フィードバックをかけることにより、半導体レーザー２ｂの駆動電流ｉを制御する方式を示している。

図６は、発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る電流制御系の他の例を示す図である。
同図において、駆動電源６ｂ２の設定電流値は一定とし、半導体レーザー２ｂと駆動電源６ｂ２の間に駆動電流可変部６ｂ３を設け、発光波長検出部５（分光器５３）において得られた波長比較結果信号λ（＝λ２−λ１）をフィードバックすることにより、半導体レーザー２ｂの駆動電流ｉを制御する方式を示している。駆動電流可変部６ｂ３の最も簡単な構成例としては、半導体レーザー２ｂと並列に可変抵抗を設け、これを調整することである。

以上述べたように、本実施形態の光源装置１０によれば、全ての半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと受光素子１とが概ね同一平面内に配置されているので、特許文献１に開示された光源装置のように半導体レーザーの光出射方向で受光素子に集光させるものと比べて、光学系によって集光させるのに必要な距離を短くでき、装置の小型化が図ることができる。

また、個々の半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放射される光のピーク波長にバラツキがある場合でも、発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄによって全ての半導体レーザーから放射される光のピーク波長を一致させて合波させることができるので、半導体レーザー単体の場合よりも波長幅が広がる、又は合波後のスペクトルが複数の波長にピークを持つという不具合を回避することができる。その結果、レンズで集光または転写する際に、色収差の影響により結像点にぼけが生じたり、微細な加工ができない等の問題を解決することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図７及び図８を用いて説明する。
なお、本実施形態の発明に係る光源装置の構成は、発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが温度調整機構である点を除いて図１に示した光源装置１０とほぼ同一であるので説明を省略する。
本実施形態の光源装置は、発光波長検出部５が半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放射され凹面反射鏡３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを透過した入射光Ｃのピーク波長を検出し、この検出結果に基づいてそれぞれの半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対して設けられた発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄである温度制御系によって半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの温度を制御してピーク波長を調整するものである。

図７は、横軸に温度を、縦軸に発光ピーク波長をとり、半導体レーザー２ｂにおける温度とピーク発光波長との関係を示す図である。
同図に示すように、半導体レーザー２ｂから放射される光のピーク波長は温度を下げると短波長側にシフトする傾向にある。よって、例えば、半導体レーザー２ａ、２ｂのピーク波長が図３に示すようにそれぞれλ１、λ２であるときは、発光波長調整部６ｂによって発光素子２ｂの温度を下げることによりλ２をλ１に一致させることができる。なお、波長の温度依存性は、波長域、メーカー等により個体差はあるが、例えば、０．０５〜０．３ｎｍ／℃程度である。

図８は、発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る温度制御系の一例を示す図である。
同図に示すように、発光波長検出部５において得られた波長比較結果信号λ（＝λ２−λ１）は、半導体レーザー２ｂの温度がピーク波長を一致させるための所望の温度になるように、温調器６ｂ４の設定温度にフィードバックされる。半導体レーザー２ｂの温度は、温度信号６ｂ５により、温調器６ｂ４において設定及びモニターされる。半導体レーザー２ｂの温度制御は、温度調整部駆動電源６ｂ７から温度調整部６ｂ６に流れる電流ｉをリレースイッチ６ｂ９によりＯＮ／ＯＦＦさせることにより行い、リレースイッチ６ｂ９のＯＮ／ＯＦＦは、温調器６ｂ４からの温度調整指示信号６ｂ８により行われる。なお、温度調整部６ｂ６は、具体的にはペルチェ等の電子冷却素子、またはヒーター等から構成される。

次に、本発明の第３の実施形態を図９乃至図１３を用いて説明する。
なお、本実施形態の発明に係る光源装置の構成は、発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが回折格子、エタロンのような波長選択素子を用いて回折光又は透過光を半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにフィードバックさせる構造である点を除いて図１に示した光源装置１０とほぼ同一であるので説明を省略する。

図９は、発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る制御系に回折格子を用いた例を示す図であり、図１０は回折格子の簡単な構成を示す図である。
図９において、半導体レーザー２ｂの片面２ｂ１に無反射コーティングＡＲを施し、さらにその外側に回折格子６ｂ１０をリトロー配置させ、半導体レーザー２ｂのコーティングを施していない面２ｂ２と回折格子６ｂ１０間で発振を行わせる。回折格子６ｂ１０は、図１０に示すように、光学ガラス板上に等間隔に微細な溝を刻んだものであり、波長毎に決まった角度で光を強め合い（回折）、この強め合った光を取り出すことで波長選択素子として用いられる。一般に、波長λと溝面の法線に対する入射角α、回折角β、溝間隔ｄの間には、
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ （ｍ：任意の整数）
の関係が成り立ち、入射角αと回折角βを等しくする、即ち、リトロー配置にするとα＝β（＝θ）であるから、
２ｄｓｉｎθ＝ｍλ （ｍ：任意の整数）
とおける。よって、角度θを変化させることにより、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの発振波長を変化させることができる。即ち、発光波長検出部５の検出結果に基づいて、発光波長調整手段６ｂであるの回折格子６ｂ１０の角度θを調整することにより、半導体レーザー２ｂのピーク波長λ２をλ１に一致させることができる。

図１１は、発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る制御系にエタロンを用いた例を示す図であり、図１２はエタロンの簡単な構成を示す図である。
図１１において、半導体レーザー２ｂの片面２ｂ１に無反射コーティングＡＲを施し、さらにその外側に全反射ミラー６ｂ１２を配置する。そして、半導体レーザー２ｂの無反射コーティング面２ｂ１と全反射ミラー６ｂ１２との間にエタロン６ｂ１１を配置し、エタロン６ｂ１１を介して半導体レーザー２ｂのコーティングを施していない面２ｂ２と全反射ミラー６ｂ１２との間で発振を行わせる。図１２に示すように、エタロン６ｂ１１は、屈折率ｎ、厚さｄの極めて平行度の高い平面板で構成され、入射波の節が反射面に合う波長の光のみ両平面板間で反射して強め合うことにより、波長選択素子として機能する。一般に波長λと入射角θ、エタロンの媒質の屈折率ｎ、エタロンの厚さｄの間には、
２ｎｄｃｏｓθ＝ｍλ（ｍ：任意の整数）
の関係が成り立ち、入射角θ、エタロンの媒質の屈折率ｎ、エタロン６ｂ１１の厚さｄのいずれか又は２つ以上を変化させることによって選択波長λを変化させることができる。発光波長検出部５の検出結果に基づいて、例えば、発光波長調整手段６ｂで半導体レーザー２ｂ毎にエタロン６ｂ１１の角度θを調整することにより、各々のピーク波長を一致させることができる。

図１３は、発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る制御系に、半導体レーザー内部に回折格子を設けた波長可変分布フラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザーを用いた例を示す図である。
波長可変分布フラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザーは、それぞれ独立した電極を持つ活性区間２ｂ、位相制御区間６ｂ１３、ＤＢＲ区間６ｂ１４を連続したチャンネル導波路内にモノシリック集積化したものであり、発光波長検出部５の検出結果に基づいて、位相制御区間６ｂ１３及びＤＢＲ区間６ｂ１４に電流を流して各区間の実効屈折率を適当に連動して変化させることにより、発振波長を変化させ、半導体レーザー毎のピーク波長を一致させるものである。ここで、検出されたピーク波長λによって位相制御区間駆動用電源６ｂ１５及びＤＢＲ区間駆動用電源６ｂ１６を駆動し、位相制御区間６ｂ１３及びＤＢＲ区間６ｂ１４の電流を制御する。尚、位相制御区間６ｂ１３を省いても波長調整は可能であるが、広範囲に変化させるとモードホップが生じてしまう。

次に、本発明の第４の実施形態を図１４乃至図１６を用いて説明する。
図１４は、本実施形態の発明に係る光源装置２０の構成を示す図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示す。
同図に示すように、この光源装置２０は、受光素子１と、シード用半導体レーザー２と、半透過ミラー９１と、シード光集光用レンズ９２と、シード用集光用凹面鏡９３と、光増幅素子９４ａ、９４ｂと、凹面反射鏡３と、基台４とを備え、先に述べた光源装置１０のように、半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放射される光のピーク波長を検出することなく、シード用半導体レーザー２から放射されたれ光を分波し、分波された各光をそれぞれ増幅し、増幅された光を凹面反射鏡３で反射して受光素子１に集光させる点に特徴がある。

光増幅素子９４ａ、９４ｂは、図１５に示すように、図１に示した半導体レーザー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの両端面に無反射コーティングＡＲを施したものであり、光源装置１０と同様に受光素子１の外周を囲むように環状に配置される。なお、図１６に示すように、光増幅素子９４ａ、９４ｂとして、半導体レーザーの両端面にコーティングを施していないものを使用する（注入同期方式）ことも可能である。

基準となるピーク波長を有する基準半導体レーザー２から放射された光Ｄは、半透過ミラー９１によって、例えば、光Ｅと光Ｆに分波され、光Ｅは、シード光集光用レンズ９２によって光増幅素子９４ａの端面９５ａを経て集光入射されて増幅される。また半透過ミラー９１によって分波された光Ｆは、シード用集光用凹面鏡９３によって反射され、光Ｆは光増幅素子９４ｂの端面９５ｂを経て集光入射されて増幅される。各光増幅素子９４ａ、９４ｂで増幅された各光Ｇは凹面反射鏡３に入射され、合波された光Ｈとなって受光素子１に集光される。
なお、各光増幅素子９４ａ、９４ｂに集光入射する際には、光Ｅ及び光Ｆのビームウエストが光増幅素子９４ａ、９４ｂそれぞれの共振器の中心付近になるようにするのが望ましい。

このように本実施形態の光源装置２０によれば、受光素子１の端面１１に集光される光Ｈは、上記の他の実施形態の光源装置１０のように、発光波長検出部５や発光波長調整部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを備えなくても、半導体レーザー２のピーク波長と同一のピーク波長の光を得ることができる。
なお、本実施形態の光源装置２０においても、必要に応じて、光源装置１０の発光波長検出部５を備えるようにしてもよい。

第１の本実施形態の発明に係る光源装置の構成を示す図である。図１に示す凹面反射鏡３を中心軸Ｘ方向から見た図である。横軸に波長を、縦軸に光強度をとり、ピーク波長の異なる半導体レーザーからの放射光を合波させた際のスペクトルを示す図である。横軸に駆動電流値を、縦軸に発光ピーク波長をとり、半導体レーザーにおける駆動電流値と発光ピーク波長との関係を示す図である。発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る電流制御系の一例を示す図である。発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る電流制御系の他の例を示す図である。横軸に温度を、縦軸に発光ピーク波長をとり、半導体レーザー２ｂにおける温度とピーク発光波長との関係を示す図である。発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る温度制御系の一例を示す図である。発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る制御系に回折格子を用いた例を示す図である。回折格子の簡単な構成を示す図である。発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る制御系にエタロンを用いた例を示す図である。エタロンの簡単な構成を示す図である。発光波長検出部５から半導体レーザー２ｂに至る制御系に、半導体レーザー内部に回折格子を設けた波長可変分布フラッグ反射型（ＤＢＲ）半導体レーザーを用いた例を示す図である。第４の実施形態の発明に係る光源装置２０の構成を示す図である。両端面に無反射コーティングＡＲを施し光増幅素子９４ａを示す図である。両端面に無反射コーティングＡＲを施さない光増幅素子９４ａを示す図である。

符号の説明

１受光素子
１１端面
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ半導体レーザー
２ｂ活性区間
２ｂ１片面
２ｂ１無反射コーティング面
２ｂ２面
３凹面反射鏡
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ凹面反射鏡
４基台
４１端面
４２凹所
５発光波長検出部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ受光部
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄケーブル
５３分光器
６発光波長調整部
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ発光波長調整部
６ｂ１、６ｂ２駆動電源
６ｂ３駆動電流可変部
６ｂ４温調器
６ｂ５温度信号
６ｂ６温度調整部
６ｂ７温度調整部駆動電源
６ｂ８温度調整指示信号
６ｂ９リレースイッチ
６ｂ１０回折格子
６ｂ１１エタロン
６ｂ１２全反射ミラー
６ｂ１３位相制御区間
６ｂ１４ＤＢＲ区間
６ｂ１５位相制御区間駆動用電源
６ｂ１６ＢＢＲ区間駆動用電源
７電力供給線
８信号線
９１半透過ミラー
９２シード光集光用レンズ
９３シード光集光用凹面鏡
９４ａ、９４ｂ光増幅素子
９５ａ端面
９５ｂ端面
１０光源装置
２０光源装置

Claims

受光素子と、該受光素子の外周を囲むように配置された複数の半導体レーザーと、該複数の半導体レーザーから放射される光を反射して前記受光素子に集光させると共に、該複数の半導体レーザーから放射される光の一部を透過する凹面反射鏡と、該凹面反射鏡を透過した光のピーク波長を検出する発光波長検出手段と、該発光波長検出手段から出力される前記半導体レーザー同士のピーク波長の波長差に基づいて、前記各半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整する発光波長調整手段を前記複数の半導体レーザー毎に備えることを特徴とする光源装置。
前記各半導体レーザーは、電流の大きさによってピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該半導体レーザーの電流を制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記各半導体レーザーは、温度の高低によってピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該半導体レーザーの温度を制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記各半導体レーザーは、波長選択素子の角度、屈折率、又は厚さの変化に応じてピーク波長が調整される半導体レーザーであって、前記各発光波長調整手段は、前記発光波長検出手段から出力されるピーク波長の波長差に基づいて、当該波長選択素子の角度、屈折率、又は厚さを制御することによって、当該半導体レーザーのピーク波長を所定の半導体レーザーのピーク波長に一致させるように調整することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。