JP4984537B2 - External resonator type tunable light source - Google Patents
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Description
本発明は、光通信分野又は光計測技術分野等で用いられる外部共振器型波長可変光源に関する。 The present invention relates to an external resonator type wavelength tunable light source used in the field of optical communication or the field of optical measurement technology.
光通信又は光計測技術で使用される光源には、狭いスペクトル線幅の単一モード発振で波長安定性が良く、且つ波長可変が可能な光源が要求される。発振波長が可能な光源の1つとして外部共振器型波長可変光源が開発されている。図11は、第1従来例に係る外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。図11に示す通り、第1従来例に係る外部共振器型波長可変光源100は、レーザダイオード101、コリメートレンズ102、回折格子103、及び平面ミラー104を含んで構成される。尚、図11に示す外部共振器型波長可変光源は、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。
As a light source used in optical communication or optical measurement technology, a light source capable of wavelength stability with a single mode oscillation with a narrow spectral line width and a variable wavelength is required. An external resonator type tunable light source has been developed as one of light sources capable of oscillation wavelength. FIG. 11 is a plan view showing the configuration of the external resonator type wavelength tunable light source according to the first conventional example. As shown in FIG. 11, the external resonator type wavelength
レーザダイオード101は、例えば半導体基板上に下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層を順に形成し、半導体基板を劈開して得られる平行な端面を共振器として用いるファブリペロー型の半導体レーザである。このレーザダイオード101には共振器をなす端面の一方に無反射膜(ARコート)105が形成されている。レーザダイオード101は無反射膜105が形成された端面をコリメートレンズ102側に向けて配置されている。
The
コリメートレンズ102は、レーザダイオード101の無反射膜105が形成された端面におけるレーザ光の射出位置に、一方の焦点が配置されるようレーザダイオード101に対して位置決めされている。このコリメートレンズ102は、レーザダイオード101から射出されるレーザ光を平行光にするとともに、回折格子103で回折されてきたレーザ光をレーザダイオード101のレーザ光の射出位置に集光する。回折格子103は、紙面に直交する方向に格子が形成された平面状の回折面103aを有しており、コリメートレンズ102によって平行にされたレーザ光、及び平面ミラー104によって反射されたレーザ光を、その波長に応じた角度で回折する。平面ミラー104は、回折格子103によって回折されたレーザ光を反射する。この平面ミラー104は、紙面に平行な面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。
The collimating
上記構成において、レーザダイオード101から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ102によって平行光に変換された後に回折格子103の回折面103aに入射し、波長に応じた角度で回折される。回折格子103で回折されたレーザ光のうち、平面ミラー104が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、平面ミラー104で反射された後に再び回折格子103の回折面103aに入射する。このレーザ光は再び回折格子103で回折されて元の光路を逆向きに進み、コリメートレンズ102により集光されてレーザダイオード101に入射する。レーザダイオード101に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード101の端面101aで反射されてレーザダイオード101内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード101から射出される。
In the above configuration, the laser light emitted from the
以上の通り、図11に示す第1従来例に係る外部共振器型波長可変光源は、レーザダイオード101の端面101aと、レーザダイオード101の外部に設けられた平面ミラー104とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなす平面ミラー104を紙面に平行な面内で移動させるとともに、回折格子103によって回折される光が垂直に入射されるよう同面内で回転させると、平面ミラー104に入射するレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード101の端面101aから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図11中の符号D11を付して示す方向に平面ミラー104を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号D12を付して示す方向に平面ミラー104を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。
As described above, the external resonator type tunable light source according to the first conventional example shown in FIG. 11 has a resonator formed by the
図12は、第2従来例に係る外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。図12に示す通り、第2従来例に係る外部共振器型波長可変光源200は、レーザダイオード101、コリメートレンズ102、及び回折格子106を含んで構成される。尚、図12においては、図1に示す外部共振器型波長可変光源100が備える構成と同一のものについては同一の符号を付してある。図12に示す外部共振器型波長可変光源は、リトロー型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。図12に示す外部共振器型波長可変光源200が備える回折格子106は、紙面に直交する方向に格子が形成された平面状の回折面106aを有しており、コリメートレンズ102によって平行にされたレーザ光を、その波長に応じた角度で回折する。この回折格子106は、紙面に平行な面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of an external resonator type wavelength tunable light source according to a second conventional example. As shown in FIG. 12, the external resonator type wavelength
上記構成において、レーザダイオード101から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ102によって平行光に変換された後に回折格子103に入射し、波長に応じた角度で回折される。回折格子103で回折されたレーザ光のうち、元の光路を逆向きに進むレーザ光は、コリメートレンズ102により集光されてレーザダイオード101に入射する。レーザダイオード101に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード101の端面101aで反射されてレーザダイオード101内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード101から射出される。
In the above configuration, the laser light emitted from the
以上の通り、図12に示す第2従来例に係る外部共振器型波長可変光源は、レーザダイオード101の端面101aと、レーザダイオード101の外部に設けられた回折格子1064とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなす回折腰106を紙面に平行な面内で回転させるとともに適宜同面内で回転させると、元の光路を逆向きに進むレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード101の端面101aから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図12中の符号D21を付して示す方向に回折格子106を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号D22を付して示す方向に回折格子106を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。
As described above, the external resonator type wavelength tunable light source according to the second conventional example shown in FIG. 12 has a resonator formed by the
尚、従来の外部共振器型波長可変光源の詳細については、例えば以下の特許文献1,2を参照されたい。
ところで、図11に示す外部共振器型波長可変光源100においては、回折格子103によって回折されて反射光104によって反射されたレーザ光の全てが元の光路を逆向きに進んでレーザダイオード101に戻るのが理想である。即ち、戻りレーザ光とレーザダイオード101との結合効率が100%であることが理想である。これは、図12に示す外部共振器型波長可変光源200においても同様である。しかしながら、実際はいくつかの原因によって結合効率は低下する。結合効率が低下すると、外部共振器型波長可変光源の発振はマルチモードになると考えられる。
By the way, in the external resonator type wavelength
結合効率の低下を招く要因の1つに、コリメートレンズ102の色収差によって焦点距離が波長によって変化することが挙げられる。ここで、可視光領域では、複数種類のレンズを組み合わせることによりコリメートレンズ102の色収差を補償することは容易であるが、例えば光通信に用いられる1.55μm波長帯では複数種類のレンズを組み合わせて色収差を補償することは困難である。そこで、例えばコリメートレンズ102のレンズ面に回折格子を形成して色収差を補償する方法も考えられるが、かかる方法による色収差の補償は実用レベルには程遠い。
One factor that causes a reduction in coupling efficiency is that the focal length varies with wavelength due to chromatic aberration of the
図13は、コリメートレンズ102の収差の一例を示す収差図であって、(a)は波長1.4μmの場合の収差を示しており、(b)は波長1.5μmの場合の収差を示しており、(c)は波長1.65μmの場合の収差を示している。尚、図13においては、レーザ光路に直交する面内に含まれ、互いに直交する2つの方向の位置(PX,PY)を横軸に取り、各位置を通るレーザ光の収差量を縦軸に取っている。コリメートレンズ102は波長1.5μmの光に対して収差が最適化されるよう設計されているものとすると、図13(b)に示す通り、波長1.5μmの光に対しては収差は比較的小さいと考えられる。これに対し、図13(a),図13(c)に示す通り、設計波長からずれると収差が大きくなることが分かる。
FIG. 13 is an aberration diagram showing an example of the aberration of the
結合効率の低下を招く要因のもう1つに、レーザダイオード101とコリメートレンズ102との位置合わせ精度が挙げられる。コリメートレンズ102の焦点距離は数ミリメートル程度であるため、レーザダイオード101の無反射膜105が形成された端面におけるレーザ光の射出位置に、コリメートレンズ102の一方の焦点を精確に配置するのは困難である。
Another factor that causes a reduction in coupling efficiency is the alignment accuracy between the
以上挙げた要因等によって、コリメートレンズ102は非球面を有する単レンズとされており、色収差を補償するための対策が施されていないのが実情である。近年においては、外部共振器型波長可変光源の性能が向上しており、波長可変範囲が200nm程度であるものも開発されている。今後、波長可変範囲を更に拡大するためには、コリメートレンズ102の色収差を補償し得る根本的な対策を施す必要がある。
Due to the above factors and the like, the
ここでコリメートレンズ102の色収差そのものを補償することが困難であることは上述した通りである。このため、コリメートレンズ102をアクチュエータ等を用いて移動可能にし、レーザーダイオード101に対するコリメートレンズ102の位置を、発振波長毎に最適化することにより、コリメートレンズ102の色収差を補償する方法が考えられる。しかしながら、上述の通りコリメートレンズ102の焦点距離が短いために高い精度で位置決めするのが困難である。
Here, as described above, it is difficult to compensate for the chromatic aberration itself of the
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる外部共振器型波長可変光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an external resonator type wavelength tunable light source capable of improving performance deterioration due to chromatic aberration without adding a new movable part.
上記課題を解決するために、本発明の第1発明に係る外部共振器型波長可変光源は、一方の端面に無反射膜(15)が形成された光源(11)と、当該光源の前記無反射膜が形成された端面側に配置されたレンズ(12)と、当該レンズを介した前記光源からの光を波長に応じた角度で回折する回折格子(13、23)と、当該回折格子で回折された光のうちの一部を前記回折格子に向けて反射する反射鏡(14、24)とを備え、前記反射鏡により前記回折格子に向けて反射された光を前記レンズを介して前記光源に入射させる外部共振器型波長可変光源(10、20)において、前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、前記回折格子は、格子の配列方向に沿う第1方向に平行な面内を通る同一波長の回折された光が平行光となるように、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面(13a、23a)を備えており、前記第1方向に垂直な第2方向の形状が曲面形状であることを特徴としている。
この発明によると、光源からの光はレンズによって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子の回折面に入射する。回折格子の回折面は、レンズからの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されているため、回折面に入射した発散光はその変調に応じた方向へ回折される。回折格子に回折された光のうちレンズ側へ回折された光は、光源に入射する。
上記課題を解決するために、本発明の第2発明に係る外部共振器型波長可変光源は、一方の端面に無反射膜(15)が形成された光源(11)と、当該光源の前記無反射膜が形成された端面側に配置されたレンズ(12)と、当該レンズを介した前記光源からの光を波長に応じた角度で回折させる回折格子(33)とを備え、前記回折格子で回折された所定の波長の光を前記レンズを介して前記光源に入射させる外部共振器型波長可変光源(30)において、前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、前記回折格子は、格子の配列方向に沿う第1方向に垂直な第2方向の形状が曲面形状であり、同一波長の回折された光が集束しながら前記発散光の光路を逆向きに進むように、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面(33a)を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, an external resonator type wavelength tunable light source according to the first aspect of the present invention includes a light source (11) having an antireflective film (15) formed on one end face thereof, A lens (12) disposed on the end face side on which the reflective film is formed, a diffraction grating (13, 23) that diffracts light from the light source via the lens at an angle according to the wavelength, and the diffraction grating Reflecting mirrors (14, 24) for reflecting a part of the diffracted light toward the diffraction grating, and the light reflected by the reflecting mirror toward the diffraction grating through the lens In the external resonator type wavelength tunable light source (10, 20) incident on the light source, the lens is positioned with respect to the light source so that light emitted from the light source becomes divergent light having a predetermined divergence angle. the grating arrangement direction of the grating First so that the direction the light diffracted in the same wavelength which passes through the plane parallel to the is parallel light, diffractive surface grating intervals in accordance with the divergence angle of the transformed the divergent light by the lens is modulated along ( 13a, 23a), and the shape in the second direction perpendicular to the first direction is a curved surface shape .
According to this invention, the light from the light source is converted into divergent light having a predetermined divergence angle by the lens and then enters the diffraction surface of the diffraction grating. Since the diffraction surface of the diffraction grating is modulated in accordance with the divergence angle of the divergent light from the lens, the divergent light incident on the diffractive surface is diffracted in the direction corresponding to the modulation. Of the light diffracted by the diffraction grating, the light diffracted to the lens side enters the light source .
In order to solve the above-mentioned problem, an external resonator type wavelength tunable light source according to the second invention of the present invention includes a light source (11) having an antireflective film (15) formed on one end face, and the light source of the light source. A lens (12) disposed on the end face side on which the reflective film is formed, and a diffraction grating (33) for diffracting light from the light source via the lens at an angle corresponding to a wavelength, In the external resonator type tunable light source (30) in which diffracted light having a predetermined wavelength is incident on the light source through the lens, the lens has a divergence in which the light emitted from the light source has a predetermined divergence angle. The diffraction grating is positioned with respect to the light source to be light, and the diffraction grating has a curved shape in the second direction perpendicular to the first direction along the arrangement direction of the grating, and diffracted light of the same wavelength is Reverses the diverging light path while focusing As the process proceeds, the lattice spacing in accordance with the divergence angle of the transformed the divergent light by the lens is characterized in that it comprises a modulated diffractive surface (33a).
本発明によれば、回折格子及びミラーによってレンズの収差を補正しているため、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。 According to the present invention, since the aberration of the lens is corrected by the diffraction grating and the mirror, the performance deterioration due to chromatic aberration can be improved without adding a new movable part.
以下、図面を参照して本発明の実施形態による外部共振器型波長可変光源について詳細に説明する。 Hereinafter, an external resonator type wavelength tunable light source according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔第1実施形態〕
図1は本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図であり、図2は同外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。図1,図2に示す通り、本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源10は、レーザダイオード11、レンズ12、回折格子13、及びミラー14を含んで構成される。尚、図1,図2に示す外部共振器型波長可変光源は、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an external resonator type tunable light source according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the external resonator type tunable light source. As shown in FIGS. 1 and 2, the external resonator type wavelength tunable
レーザダイオード11は、例えば半導体基板上に下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層を順に形成し、半導体基板を劈開して得られる平行な端面を共振器として用いるファブリペロー型の半導体レーザである。このレーザダイオード11には共振器をなす端面の一方に無反射膜(ARコート)15が形成されている。レーザダイオード11は無反射膜15が形成された端面をレンズ12側に向けて配置されている。
The
レンズ12は、レーザダイオード11の無反射膜15が形成された端面におけるレーザ光の射出位置よりもレーダーダイオード11の内部側に一方の焦点が配置されるようレーザダイオード11に対して位置決めされている。これにより、レンズ12は、レーザダイオード11から射出されるレーザ光を所定の発散角を有する発散光にする。また、レンズ12は、回折格子13で回折されてきたレーザ光を集光してレーザダイオード11に入射させる。
The
回折格子13は、上下方向(図2において紙面に直交する方向)に延びる格子が形成された平面状の回折面13aを有しており、レンズ12からの発散光、及びミラー14によって反射されたレーザ光を回折する。回折格子13の回折面13aに形成された格子は、レンズ12からの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されている。具体的には、回折面13aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が平行光となるように格子間隔が変調されている。
The
ここで、レンズ12を介して回折格子13に入射する光は発散光であるため、入射位置に応じて回折格子13に対する発散光の入射角が異なる。図3は、回折格子13に入射する発散光の入射角の相違を説明するための図である。例えば、図3に示す通り、光軸AXよりも図中上方に入射する発散光L1は入射角α1をもって回折格子13に入射する。これに対し、光軸AXよりも図中下方に入射する発散光L2は入射角α1よりも大きな入射角α2をもって回折格子13に入射する。
Here, since the light incident on the
仮に、回折格子13の回折面13aに一定間隔で格子が形成されているとすると、入射角α1をもって回折格子13に入射する光と入射角α2をもって回折格子13に入射する光との波長が同一であっても、異なる入射角で入射した光は異なる角度で回折されることになる。本実施形態では、回折面13aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面(例えば、図2,図3における紙面)を通る同一波長の回折光が平行光となるように、回折面13aの格子間隔が変調されている。
If the gratings are formed on the
具体的には、回折格子13に対する入射角が大きくなるほど格子間隔が狭くなるよう変調されている。例えば、回折格子13に入射する光の入射角をαとすると、入射角αに比例して格子間隔が狭くなるよう変調され、或いは入射角αの2次関数に比例して格子間隔が狭くなるよう変調されている。詳細は後述するが、回折格子13の格子間隔を変調することで、レンズ12の色収差が補正される。入射角αに比例して格子間隔が狭くなるよう変調した場合(入射角αの一次式で補正した場合)にはレンズ12の色収差が1次補正され、入射角αの2次関数に比例して格子間隔が狭くなるよう変調した場合(入射角αの二次式で補正した場合)にはレンズ12の色収差が2次補正される。
Specifically, the modulation is performed so that the grating interval becomes narrower as the incident angle with respect to the
ミラー14は、上下方向(図2,図3における紙面に直交する方向)が曲面とされた円筒面の反射面を有し、回折格子13によって回折されたレーザ光を反射する。上述の通り、回折格子13に入射した発散光は、回折面13aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面(例えば、図2,図3における紙面)を通る同一波長の回折光が平行光となるように回折される。これに対し、上下方向(図2,図3における紙面に直交する方向)については、かかる回折がなされないため、回折格子13によって回折された光は、上下方向に発散する光となる。この発散する光を集光するためミラー14の反射面は上下方向が曲面とされている。尚、ミラー14は、回折格子13で回折された光が反射後に元の光路を逆向きに進むように入射した光を集光する。また、ミラー14は、図2又は図3の紙面に平行な面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。
The
上記構成において、レーザダイオード11から射出されたレーザ光は、レンズ12によって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子13の回折面13aに入射して回折される。このとき、回折面13aに形成された格子の格子間隔が変調されているため、回折格子13の回折面13aに入射した発散光は、同一波長の光が回折面13aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内において平行光となるように回折される。
In the above configuration, the laser light emitted from the
回折格子13で回折された光のうち、ミラー14が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、ミラー14で反射された後に再び回折格子13の回折面13aに入射する。このレーザ光は再び回折格子13で回折されて元の光路を逆向きに進み、レンズ12により集光されてレーザダイオード11に入射する。レーザダイオード11に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード11の端面11aで反射されてレーザダイオード11内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード11から射出される。
Of the light diffracted by the
以上の通り、本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源10は、レーザダイオード11の端面11aと、レーザダイオード11の外部に設けられたミラー14とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなすミラー14を図2、図3の紙面に平行な面内で移動させるとともに、回折格子13によって回折される光が垂直に入射されるよう同面内で回転させると、ミラー14に入射するレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード11の端面11aから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図1中の符号D1を付して示す方向にミラー14を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号D2を付して示す方向にミラー14を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。
As described above, in the external resonator type wavelength tunable
図4は、レンズ12、回折格子13、及びミラー14を含めた光学系の収差の一例を示す収差図であって、(a)は波長1.4μmの場合の収差を示しており、(b)は波長1.5μmの場合の収差を示しており、(c)は波長1.65μmの場合の収差を示している。この図4に示す収差図は、回折格子13の回折面13aに形成された格子を入射角αに比例して格子間隔が狭くなるよう変調してレンズ12の色収差を1次補正した場合の収差図である。尚、図4においては、レーザ光路に直交する面内に含まれ、互いに直交する2つの方向の位置(PX,PY)を横軸に取り、各位置を通るレーザ光の収差量を縦軸に取っている。
FIG. 4 is an aberration diagram showing an example of the aberration of the optical system including the
但し、レンズ12は、図11,12に示したコリメートレンズ102と同様に、波長1.5μmの光に対して収差が最適化されるよう設計されているものとする。波長1.5μmの場合における本実施形態に係る光学系の収差を示す図4(b)と従来のコリメートレンズ102の収差を示す図13(b)とを比較すると、PY方向の像高が高い位置においては、本実施形態に係る光学系の収差の方が大きくなっている部分と小さくなっている部分との両方が存在するものの、全体としては収差量がさほど変わらない。
However, like the
これに対し、波長1.4μmの場合の収差を示す図4(a)と図13(a)とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。また、波長1.65μmの場合の収差を示す図4(c)と図13(c)とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。このように、レンズ12の色収差を1次補正することにより、色収差が大幅に改善されていることが分かる。
On the other hand, when FIG. 4A showing the aberration at the wavelength of 1.4 μm is compared with FIG. 13A, the aberration of the optical system according to the present embodiment is significantly larger than that of the conventional one. You can see that it is getting smaller. Further, when comparing FIG. 4C and FIG. 13C showing the aberration at the wavelength of 1.65 μm, the aberration of the optical system according to the present embodiment is significantly smaller than that of the conventional one. I understand that Thus, it can be seen that the chromatic aberration is greatly improved by first correcting the chromatic aberration of the
図5は、レンズ12、回折格子13、及びミラー14を含めた光学系の収差の他の例を示す収差図であって、(a)は波長1.4μmの場合の収差を示しており、(b)は波長1.5μmの場合の収差を示しており、(c)は波長1.65μmの場合の収差を示している。この図5に示す収差図は、回折格子13の回折面13aに形成された格子を入射角αの2次関数に比例して格子間隔が狭くなるよう変調してレンズ12の色収差を2次補正した場合の収差図である。尚、図5においては、図4と同様に、レーザ光路に直交する面内に含まれ、互いに直交する2つの方向の位置(PX,PY)を横軸に取り、各位置を通るレーザ光の収差量を縦軸に取っている。
FIG. 5 is an aberration diagram showing another example of the aberration of the optical system including the
波長1.5μmの場合における本実施形態に係る光学系の収差を示す図5(b)と従来のコリメートレンズ102の収差を示す図13(b)とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差の方が若干大きいことが分かる。しかしながら、波長1.4μmの場合の収差を示す図5(a)と図13(a)とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。また、波長1.65μmの場合の収差を示す図5(c)と図13(c)とを比較すると、本実施形態に係る光学系の収差が従来のものに比べて大幅に収差が小さくなっていることが分かる。また、2次補正を行った場合の収差を示す図5と1次補正を行った場合の収差を示す図4とを比較すると、2次補正を行った場合の方が何れの波長においても収差が小さくなっていることが分かる。このように、レンズ12の色収差を2次補正した場合にも、色収差が大幅に改善されていることが分かる。
Comparing FIG. 5B showing the aberration of the optical system according to the present embodiment with a wavelength of 1.5 μm and FIG. 13B showing the aberration of the
図6は、レーザダイオード11に対する戻り光の結合効率の一例を示す図である。尚、図6においては、横軸に波長を取り、縦軸に結合効率を取っている。図6を参照すると、図11に示す従来の外部共振器型波長可変光源100における結合効率は、波長が1.5μmから離れるに従って結合効率が大幅に低下していることが分かる。これに対し、本実施形態の外部共振器型波長可変光源10では、1次補正を行った場合及び2次補正を行った場合の何れの場合においても、波長が1.5μmの場合の結合効率は従来例に比べて若干低下しているものの、波長が1.5μmから離れても従来例のように結合効率が大幅に低下することはない。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源10によれば、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the coupling efficiency of return light with respect to the
〔第2実施形態〕
図7は、本発明の第2実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。尚、図7においては、図1に示す本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源が備える構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図7に示す通り、本発明の第2実施形態による外部共振器型波長可変光源20は、レーザダイオード11、レンズ12、回折格子23、及びミラー24を含んで構成される。尚、図7に示す外部共振器型波長可変光源20も、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an external resonator type wavelength tunable light source according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those of the external resonator type wavelength variable light source according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 7, the external resonator type wavelength tunable
本実施形態の外部共振器型波長可変光源20は、第1実施形態と同様のレーザダイオード11及びレンズ12を備えているため、回折格子23には所定の発散角を有する発散光が入射される。図1に示す外部共振器型波長可変光源10が備える回折格子13は平面状の回折面13aを有し、ミラー14は上下方向(図2における紙面に直交する方向)が曲面とされた円筒面の反射面を有していた。これに対し、本実施形態の外部共振器型波長可変光源20は、回折格子23が円筒形状の回折面23aを有しており、ミラー24は平面状の反射面を有している。以下、回折格子23及びミラー24について詳細に説明する。
Since the external resonator type wavelength tunable
回折格子23は、レンズ12からの発散光、及びミラー24によって反射されたレーザ光を回折する。回折格子23の回折面23aに形成された格子は、回折格子13の回折面13aに形成された格子と同様に、レンズ12からの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されている。具体的には、回折面23aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が平行光となるように格子間隔が変調されている。具体的には、回折格子23に対する入射角が大きくなるほど格子間隔が狭くなるよう変調されている。
The
ここで、図1に示す外部共振器型波長可変光源10においては、回折格子13の回折面13aが平面状であったため、回折格子13に入射した発散光は上下方向(図2における紙面に直交する方向)については発散するように回折される。これに対し、図7に示す外部共振器型波長可変光源20においては、回折格子23の回折面23aが円筒形状とされている。このため、回折格子23によって回折された光は、上下方向(図2における紙面に直交する方向に対応する方向)には発散せずに平行光として回折される。
Here, in the external resonator type wavelength tunable
ミラー24は、回折格子23で回折されたレーザ光を反射する。上述の通り、回折格子23で回折された光は平行光であるため、ミラー24が配置された方向へ回折された光はミラー24の反射面に垂直に入射する。また、ミラー24は、ミラー14と同様に、図2の紙面に平行な面に相当する面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。
The
上記構成において、レーザダイオード11から射出されたレーザ光は、レンズ12によって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子23の回折面23aに入射して回折される。このとき、回折面23aに形成された格子の格子間隔が変調されているため、回折格子23の回折面23aに入射した発散光は、同一波長の光が回折面23aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内において平行光となるように回折される。また、回折格子23の回折面23aは円筒形状であるため、上下方向(図2における紙面に直交する方向に対応する方向)についても平行光となるように回折される。
In the above configuration, the laser light emitted from the
回折格子23で回折された光のうち、ミラー24が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、ミラー24で反射された後に再び回折格子23の回折面23aに入射する。このレーザ光は再び回折格子23で回折されて元の光路を逆向きに進み、レンズ12により集光されてレーザダイオード11に入射する。レーザダイオード11に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード11の端面11aで反射されてレーザダイオード11内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード11から射出される。
Of the light diffracted by the
以上の通り、本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源20は、レーザダイオード11の端面11aと、レーザダイオード11の外部に設けられたミラー24とによって共振器が形成されている。ここで、図7中の符号D1を付して示す方向にミラー24を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号D2を付して示す方向にミラー24を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。
As described above, in the external resonator type wavelength tunable
本実施形態の外部共振器型波長可変光源20と第1実施形態の外部共振器型波長可変光源10とは、回折格子及びミラーの一方が円筒面の形状であって他方が平面状の形状である点において共通しており、回折格子23の回折面23aを円筒形状とするのか、或いはミラー14の反射面を円筒形状とするのかが相違しているだけである。つまり、外部共振器型波長可変光源20が備える回折格子23の回折面23aも、第1実施形態の外部共振器型波長可変光源10が備える回折格子13と同様に、格子の格子間隔が変調されている。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源20においても、第1実施形態と同様に、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。
〔第3実施形態〕
図8は、本発明の第3実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図であり、図9は同外部共振器型波長可変光源の構成を示す平面図である。尚、図8,図9においては、図1に示す本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源が備える構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図8,図9に示す通り、本発明の第3実施形態による外部共振器型波長可変光源30は、レーザダイオード11、レンズ12、及び回折格子33を含んで構成される。尚、図8,図9に示す外部共振器型波長可変光源30は、リトロー型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。
In the external resonator type tunable
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of an external resonator type tunable light source according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a plan view showing a configuration of the external resonator type tunable light source. 8 and 9, the same reference numerals are given to the same components as those of the external resonator type wavelength variable light source according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, the external resonator type wavelength tunable
本実施形態の外部共振器型波長可変光源30は、第1実施形態と同様のレーザダイオード11及びレンズ12を備えているため、回折格子33には所定の発散角を有する発散光が入射される。また、回折格子33に入射される発散光を集束させるために、回折格子33は上下方向(図9における紙面に直交する方向)が曲面とされた円筒面の回折面33aを有する。
Since the external resonator type wavelength tunable
回折格子33は、レンズ12からの発散光を回折する。回折格子33の回折面33aに形成された格子は、図1に示す回折格子13の回折面13aに形成された格子と同様に、レンズ12からの発散光の発散角に応じて格子間隔が変調されている。但し、回折面33aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が集光されるように格子間隔が変調されている。即ち、格子間隔の変調の仕方が図1に示す回折格子13とは異なる。具体的には、回折格子33によって回折された回折光が、レンズ12からの発散光の光路を逆向きに進んで集光されるように格子間隔が変調されている。また、回折格子33の上下方向の曲率は、回折格子33によって回折された回折光がレンズ12からの発散光の光路を逆向きに進んで集光されるよう設定されている。
The
上記構成において、レーザダイオード11から射出されたレーザ光は、レンズ12によって所定の発散角を有する発散光に変換された後に回折格子33の回折面33aに入射して回折される。このとき、回折面33aに形成された格子の格子間隔が変調されているとともに、回折面33aは上下方向に曲率を有しているため、回折格子33の回折面33aに入射した発散光は、元の光路を逆向きに進むよう回折される。回折格子33で回折された光は元の光路を逆向きに進み、レンズ12により集光されてレーザダイオード11に入射する。レーザダイオード11に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード11の端面11aで反射されてレーザダイオード11内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード11から射出される。
In the above configuration, the laser light emitted from the
以上の通り、本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源20は、レーザダイオード11の端面11aと、レーザダイオード11の外部に設けられた回折格子33とによって共振器が形成されている。ここで、図7中の符号D3を付して示す方向に回折格子33を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号D4を付して示す方向に回折格子33を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。
As described above, the external resonator type wavelength tunable
本実施形態の外部共振器型波長可変光源30は、第1実施形態の外部共振器型波長可変光源10及び外部共振器型波長可変光源20とは、回折格子33の回折面33aに形成された格子の格子間隔の変調の仕方が異なるが、本実施形態においてもレンズ12の色収差を補正することができる。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源30によれば、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。
The external resonator type wavelength tunable
〔第4実施形態〕
図10は、本発明の第4実施形態による外部共振器型波長可変光源の構成を示す斜視図である。尚、図10においては、図1に示す本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源が備える構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図10に示す通り、本発明の第4実施形態による外部共振器型波長可変光源40は、レーザダイオード11、コリメートレンズ42、回折格子43、及びミラー44を含んで構成される。尚、図10に示す外部共振器型波長可変光源40は、リットマン型の外部共振器を備える外部共振器型波長可変光源である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of an external resonator type wavelength tunable light source according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same components as those of the external resonator type wavelength variable light source according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 10, the external resonator type wavelength tunable
本実施形態の外部共振器型波長可変光源40は、図1,図2に示すレンズ12に代えてコリメートレンズ42を備えている。コリメートレンズ42とレンズ12とは、単体の光学素子としては同一の素子である。但し、図1,図2に示すレンズ12は、レーザダイオード11の無反射膜15が形成された端面におけるレーザ光の射出位置よりもレーダーダイオード11の内部側に一方の焦点が配置されている。これに対し、コリメートレンズ42は、レーザダイオード11の無反射膜15が形成された端面におけるレーザ光の射出位置に、一方の焦点が配置されている。つまり、コリメートレンズ42とレンズ12とは、レーザダイオード11に対して位置決めされている位置が異なる。このコリメートレンズ42は、レーザダイオード11から射出されるレーザ光を平行光にするとともに、回折格子43で回折されてきたレーザ光をレーザダイオード11のレーザ光の射出位置に集光する。
The external resonator type wavelength tunable
回折格子43は、レンズ42からの平行光、及びミラー44によって反射されたレーザ光を回折する。この回折格子43の回折面43aに形成された格子も格子間隔が変調されているが、回折面43aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が集束されるように格子間隔が変調されている。また、回折格子43の回折面43aは上下方向(図2における紙面に直交する方向に対応する方向)について円筒形状とされており、図10に示す通り、コリメートレンズ42側に向けて凸となるように配置されている。このため、回折格子43に入射したレンズ43からの平行光は、上下方向については発散するように回折される。
The
ミラー44は、回折格子43で回折されたレーザ光を反射する。上述の通り、回折格子43に入射する平行光は、格子の配列方向に沿う方向に平行な面内を通る同一波長の回折光が集束されるように回折される。また、回折格子43は上下方向について円筒形状とされているため、回折格子43に入射したレンズ43からの平行光は、上下方向については発散するように回折される。このため、ミラー44の反射面はトロイダル面にされている。つまり、ミラー44の反射面は、直交する2方向の曲率が異なる曲率にされている。
The
具体的には、ミラー44の反射面は、回折格子43の回折面43aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内においては、集束する回折光を発散させるために回折格子43に向けて凸となる曲率を有している。これに対し、上下方向については発散する回折光を集束させるために、回折格子43が配置された側とは反対側に凸となる曲率を有している。尚、ミラー44は、図1に示すミラー14と同様に、図2の紙面に平行な面に相当する面内で移動可能であり、且つ同面内で回転可能である。
Specifically, in the plane parallel to the direction along the arrangement direction of the grating formed on the
上記構成において、レーザダイオード11から射出されたレーザ光は、レンズ42によって平行光に変換された後に回折格子43の回折面43aに入射して回折される。このとき、回折面43aに形成された格子の格子間隔が変調されているため、回折格子43の回折面43aに入射した発散光は、同一波長の光が回折面43aに形成された格子の配列方向に沿う方向に平行な面内において集束するように回折される。これに対し、上下方向については発散するように回折される。
In the above configuration, the laser light emitted from the
回折格子43で回折された光のうち、ミラー44が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、ミラー44で反射された後に再び回折格子43の回折面43aに入射する。このレーザ光は再び回折格子43で回折されて平行光となり、元の光路を逆向きに進み、コリメートレンズ42により集光されてレーザダイオード11に入射する。レーザダイオード11に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード11の端面11aで反射されてレーザダイオード11内部を逆向きに進み、その一部がレーザダイオード11から射出される。
Of the light diffracted by the
以上の通り、本発明の第1実施形態による外部共振器型波長可変光源40は、レーザダイオード11の端面11aと、レーザダイオード11の外部に設けられたミラー44とによって共振器が形成されている。ここで、共振器をなすミラー44を図2の紙面に平行な面に相当する面内で移動させるとともに、回折格子43によって回折される光が垂直に入射されるよう同面内で回転させると、ミラー44に入射するレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード11の端面11aから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。具体的には、図10中の符号D5を付して示す方向にミラー44を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号D6を付して示す方向にミラー44を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。
As described above, in the external resonator type wavelength tunable
本実施形態の外部共振器型波長可変光源40は、前述した第1実施形態〜第3実施形態の外部共振器型波長可変光源10,20,30とは、回折格子43の回折面43aに形成された格子の格子間隔の変調の仕方が異なるが、本実施形態においてもコリメートレンズ42の色収差を補正することができる。このため、本実施形態による外部共振器型波長可変光源40によれば、新たな可動部を追加することなく色収差による性能劣化を改善することができる。
The external resonator type wavelength tunable
以上、本発明の実施形態による分光装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、図10に示す外部共振器型波長可変光源40においては、回折格子43がコリメートレンズ42側に向けて凸となるように配置されている場合を例に挙げて説明したが、コリメートレンズ42側に向く面を凹面としてもよい。但し、かかる場合にはミラー44の上下方向の曲率を、回折格子43が配置された側に凸となる曲率にする必要がある。また、上述した実施形態では、回折格子の格子間隔が一次式、又は二次式で変調されている場合を例に挙げて説明したが、変調方法は任意の方法を用いることができる。例えば、一次式、多項式のみならず、一次関数、高次関数を用いて変調することも可能である。
The spectroscopic device according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the external resonator type wavelength tunable
10 外部共振器型波長可変光源
11 レーザダイオード
12 レンズ
13 回折格子
13a 回折面
14 反射鏡
15 無反射膜
20 外部共振器型波長可変光源
23 回折格子
23a 回折面
24 反射鏡
30 外部共振器型波長可変光源
33 回折格子
33a 回折面
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、
前記回折格子は、格子の配列方向に沿う第1方向に平行な面内を通る同一波長の回折された光が平行光となるように、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面を備えており、前記第1方向に垂直な第2方向の形状が曲面形状である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変光源。 A light source having an antireflective film formed on one end face, a lens disposed on the end face side of the light source on which the antireflective film is formed, and an angle corresponding to the wavelength of light from the light source via the lens And a reflection mirror that reflects a part of the light diffracted by the diffraction grating toward the diffraction grating, and reflects the light reflected toward the diffraction grating by the reflection mirror. In an external resonator type wavelength tunable light source that is incident on the light source through the lens,
The lens is positioned with respect to the light source so that light emitted from the light source becomes divergent light having a predetermined divergence angle,
The diffraction grating corresponds to a divergence angle of the divergent light converted by the lens so that diffracted light having the same wavelength passing through a plane parallel to a first direction along the arrangement direction of the grating becomes parallel light. A diffraction surface whose grating interval is modulated, and the shape in the second direction perpendicular to the first direction is a curved surface shape.
External resonator type tunable light source, characterized in that.
前記レンズは、前記光源から射出された光が所定の発散角を有する発散光となるよう前記光源に対して位置決めされており、 The lens is positioned with respect to the light source so that light emitted from the light source becomes divergent light having a predetermined divergence angle,
前記回折格子は、格子の配列方向に沿う第1方向に垂直な第2方向の形状が曲面形状であり、同一波長の回折された光が集束しながら前記発散光の光路を逆向きに進むように、前記レンズで変換された前記発散光の発散角に応じて格子間隔が変調された回折面を備える The diffraction grating has a curved shape in a second direction perpendicular to the first direction along the arrangement direction of the grating, and diffracted light of the same wavelength is converged so as to travel in the reverse direction of the optical path of the divergent light. And a diffractive surface whose grating interval is modulated in accordance with a divergence angle of the divergent light converted by the lens.
ことを特徴とする外部共振器型波長可変光源。 An external resonator type wavelength tunable light source characterized by the above.
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