JPH03279821A - 可変波長光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回折格子が組込まれた外部共振器を用いて半導
体レーザから出力されるレーザ光の波長を可変制御する
可変波長光源装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、半導体レーザ単体にバイアス電圧を印加した場
合に出力されるレーザ光の波長特性は第４図に示すよう
になる。図示するように、半導体レーザの種類で定まる
基１！１波長λ。位置における基準縦モード発振による
ピークの他に、この基準波長λ。の両側の各波長に縦モ
ード発振による多数のピークが発生する。すなわち、半
導体レーザは基準波長λ。を中心としてその近傍の多数
の波長λでピークが生じる多数縦モード発振している。

したがって、この多数の波長λのなかから一つの波長λ
５を指定して、第５図に示すように、この波長λ、酸成
分みを含むコヒーレントなレーザ光を半導体レーザから
出力させる必要がある。

よって、半導体レーザ（ＬＤ：レーザダイオード）を用
いた光源装置のなかには、半導体レーザから出力される
レーザ光の波長λを正確に設定でき、かつその波長λを
半導体レーザの種類で定まる基準波長λ。を中心とする
一定波長範囲で可変制御できる可変波長光源装置が実用
化されている。

このような＝１変波長光源装置は例えば第６図に示すよ
うに構成されている。外部からバイアス電圧を印加する
と、前方と後方との両方向に同一波長を有するレーザ光
１ａ、１ｂを出力する半導体レーザ２の後方の光軸に沿
ってコリメータレンズ３および回折格子４が配設されて
いる。なお、コリメータレンズ３は半導体レーザ２から
出力されたレーザ光１ｂを平行光に変換するためのレン
ズである。前記回折格子４は円形状の支持板５を介して
回動軸６に固定されている。また、回動軸６はフレーム
７に光軸方向に沿って刻設された案内溝８に移動自在に
支持されている。

したがって、回動軸６を図示しないモータで回動させる
と、レーザ光１ｂの回折格子４に対す入射角θが変化す
る。また、回動軸６を案内溝８に沿って移動させると、
半導体レーザ２と回折格子４の入射位置との間の距離ｇ
が変化する。

回折格子４へ入射されるレーザ光１ｂは第４図に示すよ
うに基準波長λ。を含む多数の波長成分を有しているの
で、レーザ光１ｂは回折格子４で分光され、分光された
６光は該５光の波長λに対応する方向へ反射される。し
たがって、回折格子４で分光されて再度コリメータレン
ズ３を通過して半導体レーザ２へ再入射されるレーザ光
ＩＣの波長λは単一波長である。よって、回動軸６を回
動させることによって、半導体レーザ２へ再入射される
レーザ光ＩＣの波長λを前記第４図に示す各波長のなか
から任意の波長λ５を選択できる。

したがって、半導体レーザ２から前方へ出力されるレー
ザ光１ａに後方から再入射された波長λ５のレーザ光１
ｃが重畳されるので、第４図に示す各波長のピークのう
ち前記波長λＳのピークがより強くなる。

また、レーザ光１ｂの回折格子４に対する入射角θを前
述した状態に維持した状態で、回動軸６を案内溝８に沿
って移動させて、前記半導体レーザ２と回折格子４との
間の距１ｔｌＮを、（１）式に示すように、前記入射角
度θで設定した波長λ８の整数倍に設定すれば、半導体
レーザ２と回折格子４との°間の光路に波長λＳを有す
るレーザ光１ｃの定在波が発生して、一種の共振状態と
なる。

１ｆ−ｎλ、　　　　　　　　　　　・・・（１）した
がって、半導体レーザ２の後方から入射される波長λ、
をＨするレーザ光１ｃの光強度がさらに大きくなる。よ
って、半導体レーザ２の前方から出力されるレーザ光１
ａに含まれる波長λ５のピークが他の波長のピークに比
較して極端に大きくなるので、結果的に、第５図に示す
ように、指定された波長λ、を有するレーザ光１ａが取
出されることになる。

このように、指定波長λ、を有するレーザ光１ａを取出
すためには、第６図に示すように、まず最初に、回動軸
６を回動させて、再度半導体レーザ２へ入射するレーザ
光１ｃの波長を指定波長λ５に合わせる。次に、回動軸
６を案内溝８に沿って移動させ、距＊ｇを（１）式を満
たすように調整する。

［発明か解決しようとする３題コ しかしながら、第６図に示すように構成された可変波長
光源装置におていてもまだ次のような問題があった。

すなわち、指定した波長λ５を有するレーザ光１ａを出
力させるためには、前述したように回折格子４に対する
レーザ光１ｂの入射角、すなわち回折格子４の回動角度
θを調整し、さらに距離ｇを調整する必要があるので、
操作者にとって出力レーザ光１ａの波長λＳを変更する
作業は非常に繁雑なものとなる。よって、レーザ光１ａ
の波長λ、を連続的に変化させる必要がある場合や、短
時間のうちに波長λＳを頻繁に変更する必要がある場合
においては、操作者にとって対処しきれない問題がある
。また、これらの動作を自動化することも考えられるが
、制御が複雑になる。

また、回折格子４を回動させる機構と回折格子４を移動
させる機構との２つの機構が必要となるので、装置全体
が大型化し、かつ複雑化するので、製造費を一定限度以
下に節減することが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
回折格子を回動させる回動中心をレーザ光の入射面の延
長線上に配設することによって、回折格子の回動動作と
回折格子と半導体レーザまでの距離変更とを同一操作で
もって実行でき、よって、半導体レーザから取出すレー
ザ光の波長を簡単に可変でき、操作性を大幅に向上でき
ると共に、回折格子を駆動する機構を大幅に簡素化でき
、装置全体を小型に形成でき、かつ製造費を低減できる
可変波長光源装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ 上記課題を解消するために本発明は、両方向ヘレーザ光
を出力する半導体レーザの一方向に回折格子を配設して
、この回折格子に対するレーザ光の入射角および半導体
レーザから回折格子までの光路長を可変制御することに
よって、半導体レーザの他方向に出力されるレーザ光の
波長を基準波長λ。を中心とする一定波長範囲内で可変
制御する可変波長光源装置において、 レーザ光を受ける回折格子の面の延長上に回折格子を回
動させる回動中心を配設し、 半導体レーザの他方から基準波長λ。を有するレーザ光
が出力されている状態における入射角をθ、光路長をｇ
１回折格子の格子間隔をｄとした場合に、同動中心から
レーザ光の入射位置までの回動半径りを次式に基づいて
設定し、 Ｌ−２ｄ（１）／λｏ）ｃｏｓθ 回折格子を回動中心回りに回動させることによって、半
導体レーザの他方向に出力されるレーザ光の波長を可変
制御するようにしたものである。

［作用］ このように構成された可変波長光源装置であれば、回折
格子の回動中心をレーザ光の入射面の延長線上に配設す
ることによって、回折格子を前記回動中心回りに回動さ
せれば、回折格子で分光されて半導体レーザに再入射さ
れるレーザ光の波長および回折格子から半導体レーザま
での距Ｍｆｌが同時に変化する。

次に、回動中心からレーザ光の入射位置までの回動半径
りを Ｌ−２ｄ１１／λａ　）ｃｏｓθ　　　　＝・（２）に
設定した理由を第２図（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

第２図（ａ）に示すように、半導体レーザ２の後方から
出力されたレーザ光１ｂが回折格子４に対して入射角θ
て入射されており、半導体レーザ２から回折格子４のレ
ーザ入射位置までの距離をｇとし、回折格子４の格子間
隔をｄとし、半導体レーザ２から前方に波長λを有する
レーザ１ａが出力されているとする。この条件下では、
前述したように距離ｐは波長λの正の整数（自然数）倍
となる。

１−ｎλ　　　　　　　　　　　　　・・・（３）また
、回折格子の基本原理として一般的に（４）式が成立す
る。

λ−２ｄｓｉｎθ　　　　　　　　　−（４）ここで、
出力すべき波長λを微小量Δλだけ変化させるときに必
要とされる距離ｇおよび入射角θ（回動角）の各変化量
Δｌ、Δθは上式に代入して、（５）　（６）式となる
。

Δｆｌ−ｎΔλ　　　　　　　　　　　・・・（５）Δ
　θ　−Δ　λ　／（２ａｃｏｓθ　）　　　　　　　
　・・　く６）次に、第２図（ｂ）に示すように、回折
格子４におけるレーザ光１ｂの入射面の延長線上に回動
中心９を設定して、回動中心９から回折格子上のレーザ
光１ｂの入射位置までの回動半径をＬとし、回折格子４
を回動中心９回りにΔθだけ回動させた場合の前記距離
ｇの変化量Δｇは、波長λの変化量Δλか小さい場合に
は、 Δ　Ω　→　Ｌ　Δ　θ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・　く７）と近似できるので
、回動半径りを Ｌ−Δｇ／Δθ−２ｄ（ｆｉ／λ）ＣＯＳθ・・・（８
） と設定することによって、波長λをΔλだけ変化させる
ために入射角（同動角）θをΔθだけ変化させると、距
離ｐも波長変化量Δλに対応する距離Δｇだけ変化する
。

したがって、波長λの変化範囲が一定波長範囲内であれ
ば、回動角（入射角）θを変化させるのみで半導体レー
ザ２から出力されるレーザ光１ａの波長λを可変できる
。

なお、前記回動半径りは、第４図に示すように中心にな
る基準波長λ。のレーザ光１ａが半導体レーザ２から出
力されている状態で設定しているので、前述した（２）
式となる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第３図は実施例の可変波長光源装置を示すブロック図で
ある。バイアス制御回路２０にて出力電圧値が制御され
るバイアス電源２１から出力されたバイアス電圧は半導
体レーザ１２へ印加される。

バイアス電圧が印加された半導体レーザ１２は両方向に
レーザ光１１ａ、１１ｂを出力する。後方に出力されレ
ーザ光１１ｂは第１図に示すように、コリメータレンズ
１３で平行光線に直されて回折格子１４へ角度θて入射
される。回折格子１４は支持部材２２を介して回動軸１
９に固定されている。この回動軸１９は回折格子１４の
レーザ光１］ｂの受光面の延長線上に配設されており、
回動軸１つと回折格子１４の受光位置との間の距離で示
される回動半径りは、前述した（２）式で設定されてい
る。

Ｌ−２ｄ（Ｋｌ／λ。）ｃｏｓθ　　　　・・・（２）
なお、前述したように、（２）式における回折格子１４
から半導体レーザ１２までの距離ｐおよびレーザ光１１
ｂの入射角θは、半導体レーザ１２から第４図に示す基
準波長λ。を有するレーザ光１１ａが最良の状態で出力
されている場合における６値である。

第３図において、前記回動軸１９はモータ駆動制御回路
２２に制御されたモータ２３にて回動される。そして、
その回動角θは角度検出器２４で検出されてモータ駆動
回路２２へ入力される。

また、半導体レーザ１２には、サーミスタ２５とベルチ
ェ効果を利用した電子冷却器２６が取り付けられており
、ＬＤ温度制御回路２７にて任意温度に設定されている
。

半導体レーザ１２の前方から出力された指定波長λ、を
有するレーザ光１１ａはアイソレータ２８を通過して第
１のビームスプリッタ−２９内のハーフミラ−に入射さ
れる。そして、大部分のレーザ光１１ａはこのハーフミ
ラ−を透過して減衰器３０を介して出力端子３１へ出力
される。出力されるレーザ光の光強度レベルは減衰器制
御回路３２に制御される減衰器３０にて設定される。

また、レーザ光１１ａの一部は第１のビームスプリッタ
−２９のハーフミラ−で反射されて第２のビームスブリ
、ター３３のハーフミラ−で反射されて例えば外部の波
長計に接続される外部モニタ出力端子３４へ出力される
。第２のビームスプリッタ−３３のハーフミラ−を透過
したレーザ光は第３のビームスプリッタ−３５のハーフ
ミラ−で反射されて受光器３６へ入射される。受光器２
６から出力される光強度信号は増幅器３７で増幅された
後レベル・波長モニタ回路３８へ入力される。

一方、第３のビームスプリッタ−３５のハーフミラ−を
透過したレーザ光はエタロン３９へ入射される。エタロ
ン３９を透過したレーザ光は受光器４０へ入射される。

受光器４０から出力される光強度信号は増幅器４１で増
幅された後前記レベル・波長モニタ回路３８へ入力され
る。

レベル・波長モニタ回路３８は、受光器３６から入力さ
れた光強度信号に基づいて半導体レーザ１２から出力さ
れるレーザ光１１ａの光強度レベルを算出し、受光器４
０から人力された光強度信号およびエタロン３９の物理
定数を用いてレーザ光］］ａの波長を算出する。算出さ
れた光強度レベルは前記バイアス制御回路２０ヘフイー
ドバツクされる。また、得られた光強度レベルは減衰器
制御回路３２へも供給される。

出力されたレーザ光１１ａの波長λ５をモニタするため
のエタロン３９には、前記半導体レーザ１２と同様に、
サーミスタ４２と電子冷却器４３が取り付けられており
、エタロン温度制御回路４４にて常時一定温度に維持さ
れている。

また、各回路２０，２２，２７，４４．３８゜３２の動
作はパスライン４５を介して駆動プロセッサ４６にて制
御される。この駆動プロセッサ４６には制御プロセッサ
４７が接続されている。

そして、制御プロセッサ４７には、操作パネル４９およ
び外部のホストコンピュータから各種指令が入力される
インタフェース４８が接続されている。

外部ホストコンピュータからインタフェース４８を介し
て又は操作パネル４９から、この光源装置から出力すべ
きレーザ光１１ａの波長λ５が制御指令として制御プロ
セッサ４７へ入力される。

なお、この指定できる波長λ５の範囲は、第４図に示す
ように、この光源装置内に組込まれた半導体レーザレ１
２の種類にて定まる基準波長λ。を中心とする多数縦モ
ード発振に含まれる一定波長範囲である。

この一定波長範囲に属する各波長λに対して前記（２）
式を変形して得られる（９）式で計算される各入射角（
回動角）θがテーブルの形式で駆動プロセッサ４６内に
記憶されている。

θ＝　Ｃｏ５−’（ＬＮ　／　２　ｄλＯ）　　　−＝
（９）そして、制御プロセッサ４７は、インタフェース
４８又は操作パネル４９から指定波長λＳが入力すると
、入力した指定波長λＳ５を駆動プロセッサ４６へ送出
する。駆動プロセッサ４６は前述したテーブルを検索し
て、指定波長λ５に対応する入射角（回動角）θ８を読
出してモータ駆回路２２へ送出する。モータ駆動回路２
２は、角度検出器２４で検出されている回折格子１４の
回動角θが指定角θＲになるようにモータ２３を駆動し
て、回折格子１４を回動軸１９回りに同動させる。

しかして、半導体レーザ１２から出力されるレーザ光１
１ｂの回折格子１４に対する入射角θが指定角θ２にな
り、この回折格子１４で分光されて再度半導体レーザ１
２へ入射されるレーザ光１１ｃの波長λが指定波長λＳ
となる。また、回折格子１４と半導体レーザ１２との間
の距１１１１は指定波長λ５の整数倍となる。

よって、半導体レーザ１２の前方へ出力されるレーザ光
１１ａの波長λは正確に指定波長λ５となり、このＬ′
ＪＪ変波長光波長光源装置端子３１から出力されるレー
ザ光の波長を指定波長λＳに制御できる。したがって、
操作パネル４９又は外部から、出力されるレーザ光１１
ａの波長を前述した一定範囲内において任意の値に可変
制御できる。

このように構成された可変波長光源装置によれば、第１
図で示したように、回折格子１４の回動半径りを前述し
た（２）式で算出される値に設定すれば、出力レーザ光
１１ａの波長λを微小波長Δλだけ変化させるために回
折格子１４を回動輪１９回りに微小角Δθだけ回動させ
れば、自動的に回折格子１４と半導体レーザ１２との間
の距離ｇも前記微小波長Δλに対応する微小距離Δｇだ
け変化する。よって、入射角θと距離ｇとを別々に変化
させる必要がない。したがって、波長制御機構を第６図
に示した従来の波長制御機構に比較して大幅に簡素化で
きるので、装置全体を小型軽量、かつ低価格で製造でき
る。また、操作性も大幅に向上できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の可食波長光源装置によれば
、回折格子を回動させる回動中心をレーザ光の入射面の
延長線上に配設し、また回動半径を適宜設定することに
よって、回折格子の回動動作と半導体レーザまでの距離
変更とを同一操作でもって実行できるようにしている。

したがって、半導体レーザから取出すレーザ光の波長を
簡単に可変でき、操作性を大幅に向上できると共に、波
長を可変制御するための回折格子を駆動する機構を大幅
に簡素化でき、装置全体を小型に形成でき、かつ製造費
を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる可変波長光源装置の
要部を取出して示す模式図、第２図は本発明の動作原理
を説明するための模式図、Ｍ３図は実施例装置全体を示
すブロック図、第４図および第５図は一般的なレーザ光
の波長特性図、第６図は従来の可変波長光源装置の要部
を取出して示す模式図である。 １１ａ、１１ｂ、１ｌｃ−＝レーザ光、１２・・半導体
レーザ、］３・・・コリメータレンズ、１４−［１折格
子、１９・・・回動軸、２３・・・モータ、４６・・・
駆動プロセッサ、４７・・・制御プロセッサ、λ・・・
波長、θ・・・入射角、Ｌ・回動半径、ｇ・・・距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 両方向へレーザ光を出力する半導体レーザ（１２）の一
   方向に回折格子（１４）を配設して、この回折格子に対
   するレーザ光（１１ｂ）の入射角および前記半導体レー
   ザから前記回折格子までの光路長を可変制御することに
   よって、前記半導体レーザの他方向に出力されるレーザ
   光（１１ａ）の波長を基準波長λ＿０を中心とする一定
   波長範囲内で可変制御する可変波長光源装置において、 前記レーザ光を受ける前記回折格子の面の延長上に前記
   回折格子を回動させる回動中心（１９）を配設し、 前記半導体レーザの他方から前記基準波長λ＿０を有す
   るレーザ光が出力されている状態における前記入射角を
   θ、前記光路長をｌ、前記回折格子の格子間隔をｄとし
   た場合に、前記回動中心から前記レーザ光の入射位置ま
   での回動半径Ｌを次式に基づいて設定し、 Ｌ＝２ｄ（ｌ／λ＿０）ｃｏｓθ 前記回折格子を前記回動中心回りに回動させることによ
   って、前記半導体レーザの他方向に出力されるレーザ光
   の波長を可変制御することを特徴とする可変波長光源装
   置。