JP4935083B2 - Laser light oscillation mode detector and laser apparatus using the same - Google Patents
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Description
この発明は、レーザ光の発振モード検出器およびこれを用いるレーザ装置に関する。 The present invention relates to a laser light oscillation mode detector and a laser apparatus using the same.
レーザ光源としては、ガスレーザ、レーザダイオード(半導体レーザ)等が従来用いられている。レーザ光源の産業上の応用は多岐に渡るが、特に、レーザダイオードは小型、省電力、取り扱いが容易であることから、CD、DVD等の光記録再生装置に多用されている。近年、次世代の光記録再生装置として、ホログラム記録媒体(ホログラムメモリ)に情報を記録し、ホログラム記録媒体から記録された情報を再生するホログラム記録再生装置(ホログラム記録装置またはホログラム再生装置並びにホログラム記録および再生装置)の開発が進んでいる。 As a laser light source, a gas laser, a laser diode (semiconductor laser) and the like are conventionally used. There are various industrial applications of laser light sources. In particular, laser diodes are widely used in optical recording / reproducing apparatuses such as CDs and DVDs because they are compact, power-saving, and easy to handle. In recent years, as a next-generation optical recording / reproducing apparatus, a hologram recording / reproducing apparatus (hologram recording apparatus or hologram reproducing apparatus and hologram recording) that records information on a hologram recording medium (hologram memory) and reproduces information recorded from the hologram recording medium. And development of the playback device).
ホログラム記録装置では、ページ単位に構成された記録すべき情報(記録データ)によって変調された信号光と、その信号光を生成する同一のレーザ光源からの参照光とを発生させ、ホログラム記録媒体に照射する。それによって、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光とが干渉してホログラム記録媒体中に干渉縞が形成され、その干渉縞をホログラム記録媒体の屈折率または透過率の変化による回折格子(ホログラム)として形状化して記録データが記録される。 In the hologram recording apparatus, signal light modulated by information to be recorded (recording data) configured in units of pages and reference light from the same laser light source that generates the signal light are generated, and the hologram recording medium Irradiate. Thereby, the signal light and the reference light interfere with each other on the hologram recording medium to form interference fringes in the hologram recording medium, and the interference fringes are formed by a diffraction grating (hologram) by changing the refractive index or transmittance of the hologram recording medium. As a result, the recording data is recorded.
また、このようにして記録された回折格子(ホログラム)から記録データを再生するホログラム再生装置では、記録済みの記録媒体に形成された回折格子(ホログラム)に参照光を照射して発生された回折光(再生光)を受光素子で検出して記録データを再生できる。 Further, in a hologram reproducing apparatus that reproduces recorded data from a diffraction grating (hologram) recorded in this way, the diffraction generated by irradiating the diffraction grating (hologram) formed on the recorded recording medium with reference light Recording data can be reproduced by detecting light (reproducing light) with a light receiving element.
このようなホログラム記録再生装置に用いるレーザ光源としては、シングルモードにちかいレーザ光源が望ましいところから、ガスレーザ、SHGレーザ等が従来用いられていた。近年、レーザダイオードの発振波長が短波長化されてきており青色のレーザダイオードも出現しているので、小型、省電力であるレーザダイオードを使用した波長を可変とする外部共振器型レーザ装置が注目されている。例えば、図9に示すように、マルチモードで発振するレーザダイオード101をレンズ103で平行光として、回折格子102に照射して、支点105を中心として回折格子102をねじ104によって回転させて、回折格子102とレーザダイオード101との相対角度を調整して、回折格子102で回折してレーザダイオード101に戻る1次光のレーザ波長と等しい特定の波長を選択して発振させ、0次光を得るリトロウ(Littrow)型レーザ装置についての提案もなされている(例えば、非特許文献1を参照)。
このような外部共振器型レーザ装置によればコヒーレンシーの良好なホログラム記録再生用の光源が実現出来る。しかしながら、通常のレーザダイオードはマルチモードで発振するために、外部共振器型レーザ装置においても、レーザダイオードに印加されるレーザダイオード電流によっては縦モード発振の周波数がホップするモードホップ現象が生じ、コヒーレンシーが劣化することもあり得る。そこで、安定した記録再生の動作の為には、モードホップ現象が生じた場合にはこれを検出するための検出器が必要となり、さらには、そのような検出器を備えたレーザ装置が必要となるが、従来、このようなモードホップを検出する良好なる検出器およびこのような検出器を組み込んだレーザ装置の提供は困難であった。 According to such an external resonator type laser device, a light source for hologram recording / reproduction with good coherency can be realized. However, since a normal laser diode oscillates in multimode, even in an external resonator type laser device, a mode hop phenomenon in which the frequency of longitudinal mode oscillation hops depending on the laser diode current applied to the laser diode, resulting in coherency. May deteriorate. Therefore, for stable recording / reproducing operation, when a mode hop phenomenon occurs, a detector for detecting this is required, and further, a laser device equipped with such a detector is required. However, conventionally, it has been difficult to provide a good detector for detecting such a mode hop and a laser apparatus incorporating such a detector.
本発明は上述の課題を解決し、レーザ光が有している波長がどのようなものであるかを検出するレーザ光の発振モード検出器を提供し、さらに、このような検出器を用いたレーザ装置を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described problems, provides a laser light oscillation mode detector for detecting what wavelength the laser light has, and further uses such a detector. An object of the present invention is to provide a laser device.
本発明のレーザ光の発振モード検出器は、一または複数の波長を有するレーザ光の発振モードを検出するレーザ光の発振モード検出器であって、前記レーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く光学部材と、前記光学部材によって生じる光路差によって前記所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を備え、前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることを特徴とする。 The laser beam oscillation mode detector of the present invention is a laser beam oscillation mode detector that detects an oscillation mode of a laser beam having one or a plurality of wavelengths, and transmits the laser beam and transmits the laser beam. An optical member that guides a part in a direction different from the transmission direction with an optical path difference with respect to the predetermined direction, and an output corresponding to the luminance of the interference fringes generated in the predetermined direction by the optical path difference generated by the optical member A plurality of light receiving elements for outputting signals, a comparison signal according to a ratio of a minimum value among the output signals of each of the plurality of light receiving elements and a maximum value among the output signals of each of the plurality of light receiving elements The plurality of light receiving elements are arranged so that the values of the comparison signals differ depending on the combination of wavelengths of the laser light.
このレーザ光の発振モード検出器は、一または複数の波長を有するレーザ光の発振モードを検出するレーザ光の発振モード検出器であって、光学部材と、複数の受光素子と、演算器と、を備える。光学部材は、レーザ光を透過するとともに、レーザ光の一部を透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く。また、複数の受光素子の各々は、光学部材によって生じる光路差によって所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する。演算器は、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める。そして、複数の受光素子は、レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、比較信号の値が異なったものとなるように配置されているので、レーザ光の発振モードを検出できる。 The laser light oscillation mode detector is a laser light oscillation mode detector that detects a laser light oscillation mode having one or a plurality of wavelengths, and includes an optical member, a plurality of light receiving elements, a computing unit, Is provided. The optical member transmits the laser light and guides a part of the laser light in a direction different from the transmission direction with an optical path difference with respect to a predetermined direction. Each of the plurality of light receiving elements outputs an output signal corresponding to the luminance of the interference fringes generated in a predetermined direction due to the optical path difference generated by the optical member. The computing unit obtains a comparison signal corresponding to a ratio between the minimum value in the output signals of each of the plurality of light receiving elements and the maximum value in the output signals of each of the plurality of light receiving elements. Since the plurality of light receiving elements are arranged so that the values of the comparison signals differ depending on the combination of wavelengths of the laser light, the laser light oscillation mode can be detected.
本発明のレーザ装置は、一または複数の波長を有するレーザ光を出力するレーザ装置であって、内部共振器によって特定される一または複数の周波数で発振する複数の発振モードを有するレーザダイオードと、前記レーザダイオードからのレーザ光を入力して特定の範囲の周波数を選択する外部共振器と、前記外部共振器からのレーザ光の発振モードを検出するモード検出器と、前記レーザダイオードに流れる電流を制御するレーザダイオード電流制御器と、を備え、前記モード検出器は、前記外部共振器からのレーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ光路差を有して導く光学部材と、前記光学部材によって生じる光路差によって発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を具備し、前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることによってレーザ光の発振モードを検出し、前記検出されたレーザ光の発振モードに応じて前記レーザダイオード電流を制御する。 The laser device of the present invention is a laser device that outputs laser light having one or a plurality of wavelengths, and a laser diode having a plurality of oscillation modes that oscillate at one or a plurality of frequencies specified by an internal resonator, An external resonator that inputs a laser beam from the laser diode and selects a frequency in a specific range, a mode detector that detects an oscillation mode of the laser beam from the external resonator, and a current that flows through the laser diode. A laser diode current controller for controlling, and the mode detector transmits a laser beam from the external resonator and has an optical path difference in a direction different from the transmission direction for a part of the laser beam. And a plurality of receivers that output an output signal corresponding to the luminance of the interference fringes generated by the optical path difference caused by the optical member. An arithmetic unit for obtaining a comparison signal in accordance with a ratio between an element and a minimum value of output signals of the plurality of light receiving elements and a maximum value of output signals of the plurality of light receiving elements; The plurality of light receiving elements are arranged so that the value of the comparison signal is different according to a combination of wavelengths of the laser light, thereby detecting an oscillation mode of the laser light, The laser diode current is controlled in accordance with the detected oscillation mode of the laser beam.
このレーザ装置は、一または複数の波長を有するレーザ光を出力するレーザ装置であって、レーザダイオードと、外部共振器と、モード検出器と、レーザダイオード電流制御器と、を備える。レーザダイオードは、内部共振器によって特定される一または複数の周波数で発振する。外部共振器は、レーザダイオードからのレーザ光を入力して特定の範囲の周波数を選択する。モード検出器は、外部共振器からのレーザ光の発振モードを検出する。レーザダイオード電流制御器は、レーザダイオードに流れる電流を制御する。ここで、モード検出器は、外部共振器からのレーザ光を透過するとともに、レーザ光の一部を透過方向とは異なる方向へ光路差を有して導く光学部材と、光学部材によって生じる光路差によって発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を具備する。そして、複数の受光素子は、レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、比較信号の値が異なったものとなるように配置されることによってレーザ光の発振モードを検出し、検出されたレーザ光の発振モードに応じてレーザダイオード電流を制御する。 This laser device is a laser device that outputs laser light having one or a plurality of wavelengths, and includes a laser diode, an external resonator, a mode detector, and a laser diode current controller. The laser diode oscillates at one or more frequencies specified by the internal resonator. The external resonator inputs laser light from the laser diode and selects a specific range of frequencies. The mode detector detects the oscillation mode of the laser light from the external resonator. The laser diode current controller controls the current flowing through the laser diode. Here, the mode detector transmits the laser beam from the external resonator and guides a part of the laser beam in a direction different from the transmission direction with an optical path difference, and an optical path difference generated by the optical member. A plurality of light receiving elements that output an output signal corresponding to the luminance of the interference fringes generated by the plurality of light receiving elements, a minimum value among the output signals of each of the plurality of light receiving elements, and An arithmetic unit that obtains a comparison signal in accordance with the ratio to the maximum value. The plurality of light receiving elements are arranged so that the value of the comparison signal differs according to the combination of wavelengths of the laser light, thereby detecting the oscillation mode of the laser light, and the detected laser light The laser diode current is controlled according to the oscillation mode.
本発明によれば、レーザ光の発振モード検出器を提供し、このような検出器を用いるレーザ装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the oscillation mode detector of a laser beam can be provided and the laser apparatus using such a detector can be provided.
図1を参照して、実施形態のレーザ光のマルチモード発振検出器およびこれを用いるレーザ装置について説明する。 With reference to FIG. 1, a multimode oscillation detector for laser light and a laser apparatus using the same according to an embodiment will be described.
本実施形態において用いるレーザ装置10は、リトロウ型の外部共振器型レーザ装置であり、マルチモードで発振するレーザダイオード11、コリメートレンズ12、回折格子13、ミラー14、2分割されたフォトディテクタ15、オプティカルウェッジ16および列状フォトディテクタ17を主要な光学部品として備え、さらに、演算制御器30を備えるものである。
The laser device 10 used in the present embodiment is a Littrow external resonator type laser device, which is a
(波長可変機構について)
まず、図1に示すレーザ装置10において、レーザ波長を可変とする可変機構について説明する。ミラー14と回折格子13とは固着され、回転軸27を中心に紙面内の矢印で示す方向に回転可能とされている。ここで、回折格子表面13aとミラー表面14aとの延長線が交わる線を回転軸27の中心としている。この回転軸27を中心として回転をさせるために、回転機構が歯車機構41b、歯車機構41cおよびモータ41aから構成されている。すなわち、歯車機構41bがミラー14と回折格子13とに固着され、この歯車機構41bと噛み合うように、歯車機構41cが配されており、歯車機構41cはモータ41aの回転軸に連結されている。これによって、モータ41aの回転応じて、回折格子表面13aとミラー表面14aとのなす角度を一定に、例えば、90°の一定の角度に保ちながら、ミラー14と回折格子13とを回転軸27を中心として回転させることができる。
(About wavelength tuning mechanism)
First, a variable mechanism that makes the laser wavelength variable in the laser apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described. The
図1に示すレーザ装置10の作用を説明する。レーザダイオード11から出射された光ビーム20はコリメートレンズ12で平行光とされ、平行光とされた光ビーム21は回折格子13で、波長ごとに異なった方向へ向かう回折光である1次光を発する。回折格子13は、その波長ごとに異なった方向へ回折するが、それらの1次光のうち、レーザダイオード11に戻る1次光もあり、このレーザダイオード11に戻る1次光の波長は、回折格子13とレーザダイオード11との角度および両者間の距離によって変化する。そして、レーザダイオード11に戻る方向の1次光が該当する波長が優勢となり、レーザダイオード電流を適切に設定することによって、レーザダイオード11は、その波長でシングルモードにちかい発振をおこなうこととができることとなる。ここで、回折格子は、外部共振器としての基本的な機能を発揮するものである。
The operation of the laser device 10 shown in FIG. 1 will be described. The
一方、レーザダイオード11からの光ビームの大半は回折格子13がミラーであるかのように反射して光ビーム(0次光)22として、最終的には光ビーム(0次光)25として、出射されるので、この0次光25として出射される光ビームを種々の機器、たとえばホログラム記録再生装置に使用することができる。
On the other hand, most of the light beam from the
回折格子13のレーザダイオード11に対する角度を変えると、レーザ光の波長を変えることができる。この波長を可変とできる特性は、ホログラム記録媒体の温度に応じて記録再生に用いる光ビームの波長を変化させ記録再生特性を向上させることができる点において優れたものである。しかしながら、回折格子13のレーザダイオード11に対する角度を変えるのみであれば、0次光の出射方向も変わって、種々の機器に適用することは困難である。そこで、本実施形態のレーザ装置10では、上述したように回折格子表面13aとミラー表面14aとのなす角度を一定に保ちながら、ミラー14と回折格子13とを回転軸27を中心として回転させ、回折格子13からの0次光22はミラー14でも反射することにより、0次光25の出射方向を一定となるようにしている。このようにして、種々の機器の光源、特にホログラム記録再生装置に用いるに最適なものとできる。
When the angle of the
ここで、ミラー14は、ミラー表面14aに照射される光ビームの一部がミラー14の背面に透過する透過型ミラーとされ、全体の光ビームエネルギーの約5%程度が透過して2分割されたフォトディテクタ15に到達されるようになされている。2分割されたフォトディテクタ15はフォトディテクタ15aとフォトディテクタ15bとを有しており、フォトディテクタ15aとフォトディテクタ15bとで受光される光量の割合によって、0次光25の波長が検出できるようになされている。
Here, the
具体的には、フォトディテクタ15aの受光光量に応じた出力信号S15aの電圧V15aとフォトディテクタ15bの受光光量に応じた出力信号S15bの電圧V15bとの差を検出し回転軸27を中心とするミラー14と回折格子13との回転角度が検出できる。また、この回転角度と0次光25の波長とは、上述したように1対1の対応関係があるので、演算制御器30に配された記憶テーブルに、予め、電圧V15aと電圧V15bとの差電圧と0次光25の波長との関係を記憶しておき、差電圧から波長を求めることができる。
Specifically, the difference between the voltage V15a of the output signal S15a corresponding to the amount of light received by the
そして、所望の波長の0次光25を得るために、演算制御器30からモータ41aに対して駆動信号Smdを出力し、歯車機構41bおよび歯車機構41cによって、回転軸27を中心として、ミラー14と回折格子13とを回転させることができる。
Then, in order to obtain the 0th-
以上において説明したレーザ装置10は、リトロウ型の外部共振器型レーザ装置であったが、以下に述べるモードホップ検出器と組み合わせるにおいては、リトロウ型に限らず、リットマン型の外部共振器型レーザ装置であっても、同様に組み合わせての使用が可能となるものである。 The laser device 10 described above is a Littrow type external resonator laser device. However, the laser device 10 is not limited to the Littrow type but may be a Littman type external resonator laser device in combination with a mode hop detector described below. Even so, it can be used in combination as well.
(モードホップ検出器について) (About mode hop detector)
モードホップ検出器は、光路中に置かれたオプティカルウェッジ16と、列状フォトディテクタ17と、演算制御器30と、を有して構成されるものである。
The mode hop detector includes an
オプティカルウェッジ16は、レーザ光を透過するとともに、レーザ光の一部を透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く光学部材として機能するものである。オプティカルウェッジ16に入射する光ビーム(0次光)24の大部分は透過して0次光25として利用されるが、残りの部分は、オプティカルウェッジ16の表面、裏面で反射する。この表面で反射する光ビームと、この裏面で反射する光ビームとの光路差によって列状フォトディテクタ17の受光面上で干渉縞を形成する。レーザダイオード11の自身の特性と、レーザダイオード11と回折格子13と、の位置関係とによってモードが変化する場合には、この干渉縞のパターンが変化するので、干渉パターンの変化を検出することによって、定常的に現在のモードを検出できるのみならず、モードが変化するモードホップを検出できる。
The
図2に、オプティカルウェッジ16によって生じるフリンジ(干渉縞)を模式的に示す。ここで、フリンジの形状は、オプティカルウェッジ16の厚みと両面のなす角、オプティカルウェッジ16と、略一列に列状に配置された列状フォトディテクタ17のなす角度によって決めることができるものである。本実施例では、一例として、オプティカルウェッジ16の厚みを3.5mm、両面のなす角を90秒とした。
FIG. 2 schematically shows fringes (interference fringes) generated by the
ここで、発振モードは、単一の周波数で発信するシングルモード、外部共振器に基づく、波長が5pm(ピコ・メータ)程度、離間した複数のスペクトラムを有する外部共振モード、レーザダイオード内に形成される共振器(内部共振器)に基づく、波長が40pm程度、離間した複数の縦モードのスペクトラムを有する内部共振モードの3種類に分類できる。ホログラム記録再生においては、シングルモード、および外部共振モードにおいては、良好な記録再生ができるが、内部共振モードでは、記録再生特性が劣化することが知られており、この観点から、レーザ装置10の発振モードを検知することが重要となっている。 Here, the oscillation mode is a single mode transmitting at a single frequency, an external resonance mode based on an external resonator, having a plurality of spectra separated by about 5 pm (picometer), and formed in a laser diode. The internal resonance mode can be classified into three types of internal resonance modes having a plurality of longitudinal mode spectra separated by a wavelength of about 40 pm. In hologram recording / reproduction, good recording / reproduction can be performed in the single mode and the external resonance mode, but it is known that the recording / reproduction characteristics deteriorate in the internal resonance mode. It is important to detect the oscillation mode.
列状フォトディテクタ17は、光学部材によって生じる光路差によって所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子として機能するものである。列状フォトディテクタ17は、上述した干渉縞のパターンの変化をとらえる上述の所定方向に2以上の個数の分割ディテクタとして構成されており、個別のフォトディテクタを列状に配したものであっても、CCDまたはCMOSセンサのような一体化した複数の受光センサを備えるものであっても良い。列状フォトディテクタ17からは、複数のフォトディテクタの各々から、出力信号S17が出力され、後述する演算をおこなうために演算制御器30に入力されている。また、本実施形態では、レーザ光が有する複数の波長の値の異なりが大きいほど、すなわち、シングルモード、外部共振モード、内部共振モードの順番で後述する比較信号の値が大きくなるように配置されている。
The
ここで、列状フォトディテクタ17は、レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、比較信号の値が異なったものとなるように配置されるものであれば、モード検出器としての機能を発揮するものである。配列をどのようにするかの一例を本実施形態の配置に沿って以下に具体的に説明する。列状フォトディテクタ17の配置される位置におけるフリンジピッチ(干渉縞の周期)は、本実施形態の光学部品と光学部品配置では290μm(マイクロ・メータ)となり、光路差である10mm(ミリ・メータ)に応じたコヒーレンシーを得ることになる。
Here, as long as the
図3に、このような290μmのフリンジピッチを検出するに好適なる列状フォトディテクタ17の一例を示す。列状フォトディテクタ17は、フォトディテクタ17aないしフォトディテクタ17fからなり、フォトディテクタ17aとフォトディテクタ17b、フォトディテクタ17cとフォトディテクタ17d、フォトディテクタ17eとフォトディテクタ17fの各々の組みで構成される組み合わせが繰り返して配置されている。各々のフォトディテクタのフリンジの変化方向への幅は、63μmとし、フォトディテクタ17aとフォトディテクタ17b、フォトディテクタ17cとフォトディテクタ17d、フォトディテクタ17eとフォトディテクタ17fの各々の組みの相互の離間距離は4μmとし、上述した各組の相互間のフリンジの変化する所定方向への距離は160μmとした。
FIG. 3 shows an example of the
フリンジのコントラスト(明暗の輝度の差)が最大となるのは、レーザがシングルモードで発振する場合である。この場合に、フリンジが波長変化などで移動したときの列状フォトディテクタ17の各々からの出力信号を図4に示す。ここで、フォトディテクタ17aないしフォトディテクタ17fの各々からの出力信号の位相が均一にずれていることが、広範囲な波長を検出する点においては望ましい。上述したように、この条件は、各々のフォトディテクタのフリンジの変化方向への距離を調整することによって可能となるが、この他に、オプティカルウェッジ16と列状フォトディテクタ17のなす角度等を調整することによっても、フォトディテクタ17aないしフォトディテクタ17fの各々からの出力信号の位相を均一にずらすことが可能となる。さらには、オプティカルウェッジ16の厚み、あるいは、両面のなす角度を調整することによっても好適な条件を作り出すことができる。
The fringe contrast (difference between brightness and darkness) is maximized when the laser oscillates in a single mode. In this case, FIG. 4 shows an output signal from each of the
仮に、フリンジが移動しないのであれば列状フォトディテクタ17のフォトディテクタの数は2個(フリンジの明暗のピークのそれぞれに対応した位置に配置する2個のフォトディテクタ)で十分であるが、現実には、モードホップが生じる、生じないに関わらず、レーザ装置10を構成する光学部品である、レーザダイオード11、コリメートレンズ12、回折格子13、ミラー14および列状フォトディテクタ17の相互の位置が温度変化によって移動することによってフリンジの位置も移動し、上述したような2個のフォトディテクタをフリンジの明暗のピークの位置に常時は位置をすることが困難となる。
If the fringes do not move, the number of photodetectors in the row-shaped
そのために、実験結果の示すところによれば、フォトディテクタの数は、6個程度が必要となる。なお、このように6個のフォトディテクタから均一に位相がずれる信号が取れるような配置でレーザ光のコヒーレンシーが悪くなった場合は、複数の波長のレーザ光が発生する複数の干渉縞が相殺するので、6個の各々のフォトディテクタから出力信号の位相差は同じままで均等に振幅が低減する。 Therefore, according to the experimental results, about six photodetectors are required. In addition, when the coherency of the laser light is deteriorated in such an arrangement that signals that are uniformly out of phase can be obtained from the six photodetectors, a plurality of interference fringes generated by laser light of a plurality of wavelengths cancel each other. The phase difference of the output signal from each of the six photodetectors remains the same, and the amplitude is reduced evenly.
0次光25をホログラム記録再生に用いる場合においては、常時一定の光ビーム強度で使用することは少ないので、この6個の各々のフォトディテクタから出力信号が光ビーム強度に影響されないように規格化しなくてはならない。本実施形態では、簡易的に規格化を行うために、逆位相関係(干渉縞の明暗が逆となる位置に配置された関係)に最も近い、フォトディテクタ17bからの出力信号S17bとフォトディテクタ17dからの出力信号S17dの和で、各々のフォトディテクタの出力信号である出力信号S17aないし出力信号S17fの各々を割ることによって簡易な規格化(以下、簡易規格化と称する)を行った。出力信号S17bと出力信号S17dとの和がフリンジの移動によらず一定に近いものとなる点において、この信号を用いる規格化に適している。しかしながら、規格化は、このような方法のみならず、全体の光量である6個のフォトディテクタ17aないしフォトディテクタ17fからの出力信号の総和や、2分割されたフォトディテクタ15からの出力信号S15aと出力信号S15bとの和で割ることによって行うものであっても良いものである。
When the zero-
次に、これらの規格化された6個のフォトディテクタの各々の出力信号のうちから最大値と最小値を探し出し、(最小値)/(最大値)を算出する。この算出結果として得られる信号を以下、比較信号と称する。この比較信号がフリンジのコントラストを判定する簡易な指標となる。すなわち、比較信号の値が小さいときはフリンジのコントラストが大きく、比較信号の値が大きいときはフリンジのコントラストが小さいことを表すものとなる。以下に詳細に説明するが、この比較信号の値が、レーザの発振モードを表す指標となる。なお、上述した比較信号を得るための演算は演算制御器30で行うものである。
Next, the maximum value and the minimum value are found from the output signals of each of these six standardized photodetectors, and (minimum value) / (maximum value) are calculated. A signal obtained as a result of this calculation is hereinafter referred to as a comparison signal. This comparison signal is a simple index for determining the fringe contrast. That is, when the value of the comparison signal is small, the fringe contrast is large, and when the value of the comparison signal is large, the fringe contrast is small. As will be described in detail below, the value of this comparison signal serves as an index representing the laser oscillation mode. The calculation for obtaining the comparison signal described above is performed by the
図5に、簡易規格化の後の6個のフォトディテクタの出力信号の中の、最大値、最小値および比較信号の各々を縦軸に、フリンジの移動量を横軸として示す。ここで、実線は比較信号、破線は最大値を示し、一点鎖線は最小値の各々を示すものである。また、簡易規格信号の振幅がフリンジの位置に対して均一になってはいないが、このこと自体は、モードを特定するために大きな障害となることはない。すなわち、モード検出に用いる最終的な比較信号においては、これらの振幅変動は相殺されるので問題はなく、上述したフォトディテクタ17bとフォトディテクタ17dとからの出力信号の和のみによる簡易規格化で、適切にモードホップが検出できるものである。だだし、あまりにも振幅変動が大きくてその後の比較信号の算出処理にあたって、精度上の問題が生じるような場合には、簡易規格ではなく全光量で規格化する必要がある。
FIG. 5 shows the maximum value, the minimum value, and the comparison signal among the output signals of the six photodetectors after the simplified standardization on the vertical axis and the movement amount of the fringe on the horizontal axis. Here, the solid line indicates the comparison signal, the broken line indicates the maximum value, and the alternate long and short dash line indicates each of the minimum values. Further, although the amplitude of the simple standard signal is not uniform with respect to the position of the fringe, this does not become a major obstacle for specifying the mode. That is, in the final comparison signal used for mode detection, these amplitude fluctuations are canceled out, so that there is no problem. By the simple standardization only by the sum of the output signals from the
図5を参照すると、0次光25のスペクトルがシングルモードであれば、フリンジの位置がどこにあっても比較信号は、とり得る値の17%未満のどこかであることがわかる。逆に17%以上であればシングルモードよりもコヒーレンシーが劣化しているとわかる。なお、マルチモードでコヒーレンシーがゼロの場合は干渉縞が相殺してなくなり、フォトディテクタ17aないしフォトディテクタ17fからの出力信号が全て等しくなり、最大値と最小値が等しくなるので、比較信号の値は1(100%)となる。
Referring to FIG. 5, if the spectrum of the 0th-
ここで、シングルモードであるか、否かの判断の閾値(以下、シングルモードホップ閾値と称する)となる17%は、上述したような、特定の寸法を有する、オプティカルウェッジ16と列状フォトディテクタ17と、特定の、レーザダイオード11と回折格子13とによって生じる内部共振モードと外部共振モードとを有するレーザ装置10に固有の値であって、この他の組み合わせにおいては異なる値をとり得るものであるが、このシングルモードホップ閾値は、実験データによって予め決め得るものである。
Here, 17%, which is a threshold value for determining whether or not a single mode is used (hereinafter referred to as a single mode hop threshold value), has an
以上は、シングルモードの場合と、コヒーレンシーがゼロの場合とについての両極端の場合についての説明であったが、これ以外の場合の発振スペクトルと比較信号の関係を実験により求めた。なお、実験には、光スペクトルアナライザ(アドバンテスト社、Q8347)を使用した。 The above is a description of the two extreme cases of the single mode and the case where the coherency is zero. The relationship between the oscillation spectrum and the comparison signal in other cases was obtained by experiments. In the experiment, an optical spectrum analyzer (Advantest, Q8347) was used.
図6(A)は、このレーザ装置10が、内部共振器(LD)モードで動作している場合(以下、LDモードホップと称する)のコヒーレンシーを示し、図6(B)は、この場合における発振スペクトルを示す。いずれも、光スペクトルアナライザで測定した表示結果を示すものである。この場合におけるLDモードホップ中のモード間隔は40pmであり、このオプティカルウェッジ16の屈折率を考慮した光路差である10mmでは干渉性が15%となっている。これは比較信号の振幅が最大時の15%しかないことに相当するので、最大時の比較信号の変動範囲が0〜100とすると、この時は42.5〜57.5の変動範囲となり、比較信号の値は式(1)のIで表される。また、フリンジの移動量によってはそれより大きい値をとることもあり得る。
FIG. 6A shows the coherency when the laser device 10 operates in the internal resonator (LD) mode (hereinafter referred to as an LD mode hop), and FIG. An oscillation spectrum is shown. Both show display results measured with an optical spectrum analyzer. In this case, the mode interval during the LD mode hop is 40 pm, and the coherence is 15% at 10 mm which is the optical path difference considering the refractive index of the
I=42.5/57.5≒0.739・・・(1) I = 42.5 / 57.5 ≒ 0.739 ... (1)
次に、図7には、内部共振モードホップ中でありながら、最も干渉性が高い場合のコヒーレンシーとスペクトルの測定結果を示す。この時の干渉性は40%であるので比較信号は30〜70の変動範囲となり、比較信号の値は式(2)のIで表される。また、フリンジの移動量によってはそれより大きい値をとることもあり得る。 Next, FIG. 7 shows the measurement results of the coherency and spectrum when the coherence is the highest while in the internal resonance mode hop. Since the coherence at this time is 40%, the comparison signal has a fluctuation range of 30 to 70, and the value of the comparison signal is represented by I in Expression (2). Also, depending on the amount of movement of the fringe, a larger value may be taken.
I=30/70≒0.429・・・(2) I = 30/70 ≒ 0.429 ... (2)
ここで、オプティカルウェッジ16の厚みと光路差とについて述べる。光路差を10mmにしたのは、図6と図7に示す、両スペクトルの干渉性がある程度劣化する光路差が10mmであったので、そのようにしたものであり。外部共振器を用いたレーザ装置においては、LDモードホップと外部共振器モードホップとの、各々のモードホップ特性に応じて、それらを勘案しながら光路差を決定すれば良いものである。
Here, the thickness and optical path difference of the
上述した2つのモードホップ中の測定結果より、図8に、レーザダイオード11の電流に対する、レーザの発振スペクトルおよび比較信号を示す。ここで、点線で示すのは発振波長である。図8から分かるように、符号bを付した範囲の外部共振器モードホップを数回繰り返したあとに、符号cを付した範囲のLDモードホップ状態が発生している。また、レーザダイオード11の電流が数mAの狭い範囲では、符号aを付した範囲のシングルモードとなっている。このようにモードが推移していく場合の比較信号は太線で示される。シングルモードの場合には、比較信号は17%(シングルモードホップ閾値)未満の低い値を示し、LDモードホップの場合には43%以上の高い値を示す。
From the measurement results during the two mode hops described above, FIG. 8 shows a laser oscillation spectrum and a comparison signal with respect to the current of the
ここで、LDモードホップであるか、否かの判断の閾値(以下、LDモードホップ閾値と称する)となる43%は、上述したような、特定の寸法を有する、オプティカルウェッジ16と列状フォトディテクタ17と、特定の、レーザダイオード11と回折格子13とによって生じる内部共振モードと外部共振モードとを有するレーザ装置10に固有の値であって、この他の組み合わせにおいては異なる値をとりうるものであるが、このLDモードホップ閾値は、実験データによって予め決め得るものである。また、17%(シングルモードホップ閾値)以上で、43%(LDモードホップ閾値)未満は外部共振器モードホップの領域である。
Here, 43%, which is a threshold value for determining whether or not an LD mode hop is used (hereinafter referred to as an LD mode hop threshold value), is the
よって、本実施形態の場合の例では、シングルモードでレーザ装置10が動作していることを検出したい場合には、検出器からの比較信号が17%(シングルモードホップ閾値)未満であることを演算制御器30によって判断し、外部共振器モードホップでレーザ装置10が動作していることを検出したい場合には、検出器からの比較信号が17%(シングルモードホップ閾値)以上で43%(LDモードホップ閾値)未満であることを演算制御器30によって判断し、LDモードホップでレーザ装置10が動作していることを検出したい場合には、検出器からの比較信号が43%(LDモードホップ閾値)以上であることを演算制御器30によって判断すれば良いこととなる。
Therefore, in the example of this embodiment, when it is desired to detect that the laser device 10 is operating in the single mode, the comparison signal from the detector is less than 17% (single mode hop threshold). When it is determined by the
(レーザ装置および記録再生装置について)
また、シングルモードでレーザ装置10を動作させたい場合には、比較信号が17%未満となるようにレーザダイオード11の電流を設定し、シングルモードおよび外部共振器モードホップでレーザ装置10を動作させたい場合には、比較信号が43%未満となるようにレーザダイオード11の電流を設定すれば良いこととなる。このような設定は、演算制御器30からレーザダイオード11に対するダイオード制御信号Ssdによって行うことができるものである。
(About laser devices and recording / reproducing devices)
When it is desired to operate the laser device 10 in the single mode, the current of the
このような検出器を備えるホログラム記録再生装置において、どのモードで、記録または再生を許容するかはホログラムの記録再生を行う光学系およびホログラム記録媒体の特性に依存するので、これらの特性に合わせて、適宜どのモードで使用するかを決めれば良いこととなる。また、このようなモード検出器を有するレーザ装置を備えるホログラム記録再生装置において、どのようなモードホップ領域でレーザ装置が動作しているかを検出し、記録または再生に適したモードホップ領域において、レーザ装置が動作するように、適宜、レーザダイオードの電流を制御すれば良好なる記録再生特性が得られることとなる。 In a hologram recording / reproducing apparatus having such a detector, in which mode recording or reproduction is permitted depends on the characteristics of the optical system and the hologram recording medium for recording and reproducing the hologram. Therefore, it is only necessary to determine which mode is used as appropriate. Further, in a hologram recording / reproducing apparatus including a laser device having such a mode detector, it is detected in what mode hop region the laser device is operating, and in a mode hop region suitable for recording or reproduction, the laser If the current of the laser diode is appropriately controlled so that the apparatus operates, good recording / reproducing characteristics can be obtained.
上述したように、本実施形態のモードホップ検出器では、レーザの発振モードの各々を検出するフリンジ生成機構として機能するオプティカルウェッジを備え、そのフリンジの移動をいずれのモードにおいても検知できるフォトディテクタとして列状フォトディテクタを備え、その列状フォトディテクタからの出力信号に基づきフリンジのコントラストを表す比較信号を抽出し、事前の実験結果から得られたモード判別の閾値を設定し、判別する機能を有する演算制御器を備える。そして、別のモードホップ状態が生じた場合には、瞬時にそれを検出するのみではなく、常時、いずれのモードホップ状態でレーザ装置が動作しているかを検出することができる。 As described above, the mode hop detector of the present embodiment includes an optical wedge that functions as a fringe generation mechanism that detects each laser oscillation mode, and is arranged as a photodetector that can detect the movement of the fringe in any mode. Controller having a function of extracting a comparison signal representing the fringe contrast based on an output signal from the columnar photodetector, setting a threshold for mode discrimination obtained from a previous experimental result, and discriminating it Is provided. When another mode hop state occurs, it is possible not only to detect it instantaneously, but also to always detect in which mode hop state the laser device is operating.
また、上述したように、本実施形態のレーザ装置では、レーザの発振モードの各々を検出するフリンジ生成機構として機能するオプティカルウェッジを具備し、そのフリンジの移動をいずれのモードにおいても検知できるフォトディテクタとして列状フォトディテクタを具備し、その列状フォトディテクタからの出力信号に基づきフリンジのコントラストを認識する比較信号を抽出し、事前の実験結果から得られたモード判別の閾値を設定し、判別する機能を有する演算制御器を具備するモードホップ検出器を備え、さらに、レーザダイオードの電流を制御するレーザダイオード電流制御器として機能する演算制御器を備えるので、モードホップ検出器の出力が所望のモードで動作していないことを知らせる場合には、レーザ装置から光ビームを出射する動作を中止するのみならず、所望のモードで動作するようにレーザダイオードの電流を制御することができる。このような機能を有するレーザ装置をホログラム記録再生装置に応用すれば、高性能な記録再生特性を呈することができる。 Further, as described above, the laser device of the present embodiment includes an optical wedge that functions as a fringe generation mechanism that detects each laser oscillation mode, and is a photodetector that can detect the movement of the fringe in any mode. It has a column-shaped photodetector, and has a function of extracting a comparison signal for recognizing fringe contrast based on an output signal from the column-shaped photodetector, setting a threshold for mode discrimination obtained from a previous experimental result, and discriminating it. Since it has a mode hop detector equipped with an arithmetic controller and further has an arithmetic controller that functions as a laser diode current controller for controlling the current of the laser diode, the output of the mode hop detector operates in a desired mode. If the laser device does not Not only to stop the operation for emitting, it is possible to control the current of the laser diode to operate in a desired mode. When a laser device having such a function is applied to a hologram recording / reproducing apparatus, high-performance recording / reproducing characteristics can be exhibited.
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、開示された技術的思想の範囲内におよぶものである。また実施形態についても、上述の実施形態に限られず、これらを様々に変形し、組み合わせた実施形態が実施可能であることは言うまでもない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to the scope of the disclosed technical idea. Further, the embodiment is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that embodiments in which these are variously modified and combined can be implemented.
10 レーザ装置、11 レーザダイオード、12 コリメートレンズ、13 回折格子、13a 回折格子表面、14 ミラー、14a ミラー表面、15、15a、15b、17a、17b、17c、17d、17e、17f フォトディテクタ、16 オプティカルウェッジ、17 列状フォトディテクタ、20、21、22、24、25 光ビーム、27 回転軸、30 演算制御器、41a モータ、41b 歯車機構、41c 歯車機構、41b 歯車機構、41c 歯車機構、S15a、S15b、S17 出力信号、Smd 駆動信号、Ssd ダイオード制御信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser apparatus, 11 Laser diode, 12 Collimate lens, 13 Diffraction grating, 13a Diffraction grating surface, 14 Mirror, 14a Mirror surface, 15, 15a, 15b, 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f Photo detector, 16 Optical wedge , 17 Row-shaped photodetector, 20, 21, 22, 24, 25 Light beam, 27 Rotating shaft, 30 Operation controller, 41a Motor, 41b Gear mechanism, 41c Gear mechanism, 41b Gear mechanism, 41c Gear mechanism, S15a, S15b, S17 Output signal, Smd drive signal, Ssd diode control signal
Claims (6)
前記レーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く光学部材と、
前記光学部材によって生じる光路差によって前記所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を備え、
前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることを特徴とするレーザ光の発振モード検出器。 A laser light oscillation mode detector for detecting a laser light oscillation mode having one or a plurality of wavelengths,
An optical member that transmits the laser light and guides a part of the laser light to a direction different from the transmission direction with an optical path difference with respect to a predetermined direction;
A plurality of light receiving elements for outputting an output signal corresponding to the luminance of the interference fringes generated in the predetermined direction by the optical path difference generated by the optical member;
An arithmetic unit that obtains a comparison signal according to a ratio between a minimum value in each output signal of the plurality of light receiving elements and a maximum value in each output signal of the plurality of light receiving elements,
The laser light oscillation mode detector, wherein the plurality of light receiving elements are arranged so that values of the comparison signal differ according to a combination of wavelengths of the laser light.
前記複数の受光素子は、前記オプティカルウェッジの前記レーザ光を透過する面に対して略平行な面上に、列状に受光面を配置した複数のフォトディテクタであることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光の発振モード検出器。 The optical member is an optical wedge;
The plurality of light receiving elements are a plurality of photodetectors in which light receiving surfaces are arranged in a row on a surface substantially parallel to a surface of the optical wedge that transmits the laser light. The laser light oscillation mode detector described.
内部共振器によって特定される一または複数の周波数で発振する複数の発振モードを有するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードからのレーザ光を入力して特定の範囲の周波数を選択する外部共振器と、
前記外部共振器からのレーザ光の発振モードを検出するモード検出器と、
前記レーザダイオードに流れる電流を制御するレーザダイオード電流制御器と、
を備え、
前記モード検出器は、
前記外部共振器からのレーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ光路差を有して導く光学部材と、
前記光学部材によって生じる光路差によって発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を具備し、
前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることによってレーザ光の発振モードを検出し、
前記検出されたレーザ光の発振モードに応じて前記レーザダイオード電流を制御することを特徴とするレーザ装置。 A laser device that outputs laser light having one or more wavelengths,
A laser diode having a plurality of oscillation modes that oscillate at one or more frequencies specified by an internal resonator;
An external resonator that inputs laser light from the laser diode and selects a specific range of frequencies;
A mode detector for detecting an oscillation mode of laser light from the external resonator;
A laser diode current controller for controlling a current flowing through the laser diode;
With
The mode detector is
An optical member that transmits the laser light from the external resonator and guides a part of the laser light in a direction different from the transmission direction with an optical path difference;
A plurality of light receiving elements that output an output signal corresponding to the luminance of the interference fringes generated by the optical path difference generated by the optical member;
An arithmetic unit that obtains a comparison signal according to a ratio between a minimum value in each output signal of the plurality of light receiving elements and a maximum value in each output signal of the plurality of light receiving elements;
The plurality of light receiving elements detect an oscillation mode of the laser light by being arranged so that the value of the comparison signal is different according to a combination of wavelengths of the laser light,
A laser device that controls the laser diode current in accordance with the detected oscillation mode of the laser beam.
前記複数の受光素子は、前記シングルモード、前記外部共振モード、前記内部共振モードの順番で大きくなる比較信号を検出するように配列されていることを特徴とする請求項5に記載のレーザ装置。
Laser light guided to the plurality of light receiving elements by the optical member is a single mode having a single wavelength, an internal resonance mode having a plurality of wavelengths determined by characteristics of an internal resonator constituting the laser diode, and the internal resonance mode. It is obtained as one of the external resonance modes having a plurality of wavelengths determined by the characteristics of the external resonator, in which the amount of wavelength difference is less than the difference in each wavelength,
6. The laser device according to claim 5, wherein the plurality of light receiving elements are arranged to detect a comparison signal that increases in the order of the single mode, the external resonance mode, and the internal resonance mode.
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