JPH05264908A - 光装置の波長調整方法・装置および該方法を用いたレーザ装置 - Google Patents
光装置の波長調整方法・装置および該方法を用いたレーザ装置Info
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- JPH05264908A JPH05264908A JP5027256A JP2725693A JPH05264908A JP H05264908 A JPH05264908 A JP H05264908A JP 5027256 A JP5027256 A JP 5027256A JP 2725693 A JP2725693 A JP 2725693A JP H05264908 A JPH05264908 A JP H05264908A
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
- H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】フィルタ装置用の複雑でコストが高い駆動機構
を必要とせずに波長を高い精度で迅速且つ容易に調整で
きる。 【構成】半導体レーザ・チップ１から放射されたビーム
は、セフロンレンズ４で視準が合わせられ、エタロン等
の波長選択フィルタ６に入射し、回折格子７に衝突し、
特定の波長だけが放射され、同じ経路を辿ってチップ１
に再度反射される。波長選択フィルタ６はこのビームの
光路に対し所定角度の回転軸に沿って回転されると共に
フィルタ面も更に回転軸に対して傾斜している。回折格
子７は、所望の波長に合わせてその位置を駆動装置１５
で大雑把に調整され、更に波長選択フィルタ６の回転に
よって微調整がなされる。
を必要とせずに波長を高い精度で迅速且つ容易に調整で
きる。 【構成】半導体レーザ・チップ１から放射されたビーム
は、セフロンレンズ４で視準が合わせられ、エタロン等
の波長選択フィルタ６に入射し、回折格子７に衝突し、
特定の波長だけが放射され、同じ経路を辿ってチップ１
に再度反射される。波長選択フィルタ６はこのビームの
光路に対し所定角度の回転軸に沿って回転されると共に
フィルタ面も更に回転軸に対して傾斜している。回折格
子７は、所望の波長に合わせてその位置を駆動装置１５
で大雑把に調整され、更に波長選択フィルタ６の回転に
よって微調整がなされる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学装置において波長
を調整する方法とこれに対応する装置及びこの方法を利
用したレーザに関する。
を調整する方法とこれに対応する装置及びこの方法を利
用したレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の方法において、放射ビームを透
過する波長選択フィルタ装置によって波長が調整され、
調整された波長は光軸に対するフィルタ装置の傾斜角度
に左右される。この種類の代表的なフィルタ装置はファ
ブリィ−ペロー・エタロンである。透過された放射の波
長は光軸に対してエタロンを傾斜させることによって調
整される。
過する波長選択フィルタ装置によって波長が調整され、
調整された波長は光軸に対するフィルタ装置の傾斜角度
に左右される。この種類の代表的なフィルタ装置はファ
ブリィ−ペロー・エタロンである。透過された放射の波
長は光軸に対してエタロンを傾斜させることによって調
整される。
【０００３】ファブリィ−ペロー・エタロンを波長選択
フィルタとして使用できる光学装置の例はレーザであ
る。レーザは代表的には例えば反射率がたかい鏡のよう
な２つの反射装置により形成された共振子空洞と、空洞
内部に配設された能動媒体(active medium) もしくは利
得媒体(gain medium) とから成っている。レーザの光ス
ペクトルは利得媒体がその上方で光学的利得を生ずるス
ペクトル領域によって限定される。例えば半導体レーザ
の場合、利得曲線の代表的な幅は１００ｎｍ又はそれ以
上である。空洞の形状に応じて、レーザ放射は一定の許
容された空間的モード及びスペクトル・モードを有して
いる。レーザの空間的モードは光軸に対して横方向の光
エネルギ分布に関連する。縦モードとも呼ばれるスペク
トル・モードは光の異なる波長もしくは周波数と対応す
る。これらのモードにおける周波数は下記の公式によっ
て算定される。
フィルタとして使用できる光学装置の例はレーザであ
る。レーザは代表的には例えば反射率がたかい鏡のよう
な２つの反射装置により形成された共振子空洞と、空洞
内部に配設された能動媒体(active medium) もしくは利
得媒体(gain medium) とから成っている。レーザの光ス
ペクトルは利得媒体がその上方で光学的利得を生ずるス
ペクトル領域によって限定される。例えば半導体レーザ
の場合、利得曲線の代表的な幅は１００ｎｍ又はそれ以
上である。空洞の形状に応じて、レーザ放射は一定の許
容された空間的モード及びスペクトル・モードを有して
いる。レーザの空間的モードは光軸に対して横方向の光
エネルギ分布に関連する。縦モードとも呼ばれるスペク
トル・モードは光の異なる波長もしくは周波数と対応す
る。これらのモードにおける周波数は下記の公式によっ
て算定される。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここにＮは整数であり、ｃは光速であり、
Ｌはレーザ空洞の光路の長さである。従って、２つの縦
モード間の周波数間隔は次のようになる。
Ｌはレーザ空洞の光路の長さである。従って、２つの縦
モード間の周波数間隔は次のようになる。
【０００６】
【数２】
【０００７】このようにレーザ空洞内の許容された放射
スペクトルは利得曲線によって限定されたモード上の周
波数の個別の分布である。多くの用途では、前述の周波
数スペクトル、すなわち幾つかの周波数の混合を有する
レーザ出力放射で充分である。しかし、例えば単一の軸
モードでのレーザの動作が必要である、光通信技術、分
光技術又はホログラフではより多くの用途がある。この
ような単一モードでの動作を達成するために、レーザ空
洞内に放射の帯域幅を縮小するフィルタ装置を挿入する
必要がある。
スペクトルは利得曲線によって限定されたモード上の周
波数の個別の分布である。多くの用途では、前述の周波
数スペクトル、すなわち幾つかの周波数の混合を有する
レーザ出力放射で充分である。しかし、例えば単一の軸
モードでのレーザの動作が必要である、光通信技術、分
光技術又はホログラフではより多くの用途がある。この
ような単一モードでの動作を達成するために、レーザ空
洞内に放射の帯域幅を縮小するフィルタ装置を挿入する
必要がある。
【０００８】一般的な粗フィルタ装置は回折格子、又は
複屈折フィルタ、又は音響光学素子又は電子光学素子で
ある。しかし、多くの用途ではこのような素子はレーザ
の単一モードでの動作を保証し得ない。
複屈折フィルタ、又は音響光学素子又は電子光学素子で
ある。しかし、多くの用途ではこのような素子はレーザ
の単一モードでの動作を保証し得ない。
【０００９】レーザ放射の帯域幅を更に縮小することは
付加的なフィルタ装置を使用することによって達成可能
である。例えばＥＰ−Ａ−０２６８４１１号から、狭い
帯域幅の出力放射を調節するために外部空洞レーザで透
明な材料の調整板を使用することが公知である。（図１
を参照）帯域幅が狭い（細密度が高い）フィルタ装置と
してファブリィ−ペロー・エタロンを選択することが好
ましい。このようなエタロンをレーザにおける波長選択
素子として使用することは例えば米国特許明細書第４，
９４７，３９８号から公知である。基本的に、２つの種
類のファブリィ−ペロー・エタロンがある。
付加的なフィルタ装置を使用することによって達成可能
である。例えばＥＰ−Ａ−０２６８４１１号から、狭い
帯域幅の出力放射を調節するために外部空洞レーザで透
明な材料の調整板を使用することが公知である。（図１
を参照）帯域幅が狭い（細密度が高い）フィルタ装置と
してファブリィ−ペロー・エタロンを選択することが好
ましい。このようなエタロンをレーザにおける波長選択
素子として使用することは例えば米国特許明細書第４，
９４７，３９８号から公知である。基本的に、２つの種
類のファブリィ−ペロー・エタロンがある。
【００１０】ａ）気体で間隔を隔てたエタロンはガラス
又はこれと類似する材料から成る２つの素子から成って
おり、その平行な端面は互いに対向して配置されてい
る。このようなエタロンを使用した波長調整は、圧電ト
ランジスタを使用して平行な端面の間の距離を変更する
ことによって達成される。この種類のエタロンは米国特
許明細書第４，０９７，８１８号から公知である。 ｂ）固体型のエタロンは気体で間隔を隔てたエタロンよ
りも設計が著しく簡単である。これは透明材料の平面平
行板から成り、その前面及び後面は反射性のコーティン
グで被覆されている。このようなエタロンは一体に形成
されているので、エタロン自体の位置合わせは必要な
い。このようなエタロンを使用した波長の調整は光軸に
対してエタロンを傾斜させることによって行われる。エ
タロンが最大の透過率を有する波長λはエタロンの表面
法線の光軸に対する角度αの関数である。次の関係式が
適用される。
又はこれと類似する材料から成る２つの素子から成って
おり、その平行な端面は互いに対向して配置されてい
る。このようなエタロンを使用した波長調整は、圧電ト
ランジスタを使用して平行な端面の間の距離を変更する
ことによって達成される。この種類のエタロンは米国特
許明細書第４，０９７，８１８号から公知である。 ｂ）固体型のエタロンは気体で間隔を隔てたエタロンよ
りも設計が著しく簡単である。これは透明材料の平面平
行板から成り、その前面及び後面は反射性のコーティン
グで被覆されている。このようなエタロンは一体に形成
されているので、エタロン自体の位置合わせは必要な
い。このようなエタロンを使用した波長の調整は光軸に
対してエタロンを傾斜させることによって行われる。エ
タロンが最大の透過率を有する波長λはエタロンの表面
法線の光軸に対する角度αの関数である。次の関係式が
適用される。
【００１１】
【数３】
【００１２】ここにｎはエタロン材料の回折率であり、
ｄはエタロンの厚さであり、ｍは透過の最大値を示す整
数である。傾斜は手動的に、又はモータ駆動式の傾斜装
置によってなされる。代表的な傾斜機構は傾斜又は回転
テーブルであり、その上にエタロンが載置される。これ
らの傾斜機構の傾斜軸は光軸と垂直である。このような
機構で必要な波長の精度を達成するため、エタロンの傾
斜の駆動の機械的な精度と、モータの位置合わせ精度は
極めて高くなければならない。従ってこのような機構は
複雑で高価である。
ｄはエタロンの厚さであり、ｍは透過の最大値を示す整
数である。傾斜は手動的に、又はモータ駆動式の傾斜装
置によってなされる。代表的な傾斜機構は傾斜又は回転
テーブルであり、その上にエタロンが載置される。これ
らの傾斜機構の傾斜軸は光軸と垂直である。このような
機構で必要な波長の精度を達成するため、エタロンの傾
斜の駆動の機械的な精度と、モータの位置合わせ精度は
極めて高くなければならない。従ってこのような機構は
複雑で高価である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術に対し
て、本発明は特許請求の範囲第１項及び第２項に従っ
て、フィルタ装置用の複雑でコストが高い駆動機構を必
要とせずに波長を高い精度で迅速且つ容易に調整できる
フィルタ装置によって光学装置の波長を調整するための
方法及びそれに対応する装置を提供するという課題を解
決するものである。特に本発明は特許請求の範囲第１項
及び第２項に従って、フィルタ装置用の簡単で安価な駆
動機構によってレーザ出力波長の精確なレーザ出力波長
の精密な微調整が可能な波長調整可能なレーサをていき
ょうするという課題を解決するものである。
て、本発明は特許請求の範囲第１項及び第２項に従っ
て、フィルタ装置用の複雑でコストが高い駆動機構を必
要とせずに波長を高い精度で迅速且つ容易に調整できる
フィルタ装置によって光学装置の波長を調整するための
方法及びそれに対応する装置を提供するという課題を解
決するものである。特に本発明は特許請求の範囲第１項
及び第２項に従って、フィルタ装置用の簡単で安価な駆
動機構によってレーザ出力波長の精確なレーザ出力波長
の精密な微調整が可能な波長調整可能なレーサをていき
ょうするという課題を解決するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の基本的な原理に
従って、例えばファブリィ−ペロー・エタロンのような
波長選択フィルタ装置が回転軸に固定される。この軸は
フィルタ装置を通過するビームの軸に対して、すなわち
光軸に対して傾斜されている。更に、エタロンの表面法
線が軸に対して傾斜されている。この２つの傾斜の結
果、フィルタ装置に衝突する入射角（α）は軸の回転時
に変化する。入射角（α）はフィルタ装置の透過波長を
規定するので（方程式３を参照）、フィルタ装置の回転
によって波長が対応して変化する。このようにして、波
長の微調整が達成される。代表的には、波長の微調整の
ためには入射角（α）は僅か数度だけ変化させればよ
い。本発明の重要な側面に従って、この小さい角度範囲
での調整は、フィルタ装置が固定された軸を大幅に大き
い角度範囲、代表的には１８０度の範囲に亘って回転さ
せることによって達成される。その結果、入射角の調整
において極めて高い分解能を達成可能であり、ひいては
極めて高い波長調整の精度を達成可能である。入射角の
調整は単なる回転運動によって達成されるので、エタロ
ン用の駆動装置は比較的簡単な設計のものでよい。これ
は同じ分解能を達成するためにずっと複雑な設計を必要
とする従来技術と対照的である。
従って、例えばファブリィ−ペロー・エタロンのような
波長選択フィルタ装置が回転軸に固定される。この軸は
フィルタ装置を通過するビームの軸に対して、すなわち
光軸に対して傾斜されている。更に、エタロンの表面法
線が軸に対して傾斜されている。この２つの傾斜の結
果、フィルタ装置に衝突する入射角（α）は軸の回転時
に変化する。入射角（α）はフィルタ装置の透過波長を
規定するので（方程式３を参照）、フィルタ装置の回転
によって波長が対応して変化する。このようにして、波
長の微調整が達成される。代表的には、波長の微調整の
ためには入射角（α）は僅か数度だけ変化させればよ
い。本発明の重要な側面に従って、この小さい角度範囲
での調整は、フィルタ装置が固定された軸を大幅に大き
い角度範囲、代表的には１８０度の範囲に亘って回転さ
せることによって達成される。その結果、入射角の調整
において極めて高い分解能を達成可能であり、ひいては
極めて高い波長調整の精度を達成可能である。入射角の
調整は単なる回転運動によって達成されるので、エタロ
ン用の駆動装置は比較的簡単な設計のものでよい。これ
は同じ分解能を達成するためにずっと複雑な設計を必要
とする従来技術と対照的である。
【００１５】本発明は以下の付加的な利点を有してい
る。フィルタ装置の回転用に位置エンコーダを使用すれ
ば波長調整の高度な反復性を達成可能であり、それによ
ってエンコーダの精度に対する要求はフィルタ装置の位
置を変更するための従来形の装置と比較して大幅に少な
くなる。反復性が大幅に向上した理由は、入射角（α）
の小さい変化の調整がフィルタ装置が上に固定された軸
の回転角（δ）の著しく大きい角度変化によって達成さ
れることである。
る。フィルタ装置の回転用に位置エンコーダを使用すれ
ば波長調整の高度な反復性を達成可能であり、それによ
ってエンコーダの精度に対する要求はフィルタ装置の位
置を変更するための従来形の装置と比較して大幅に少な
くなる。反復性が大幅に向上した理由は、入射角（α）
の小さい変化の調整がフィルタ装置が上に固定された軸
の回転角（δ）の著しく大きい角度変化によって達成さ
れることである。
【００１６】更に別の利点は本発明に基づく装置のサイ
ズが小さく、安価な部品で構成することができることで
ある。部品のサイズが小さく、軽量であることによっ
て、装置の慣性モーメントが低くなる。その結果、フィ
ルタ装置は極めて迅速に回転可能であるので、迅速な波
長調整が可能である。更に、本発明によって所望の波長
とこの波長のためのモータ位置との関係を容易に校正す
ることができる。本発明の好ましい実施例に従って、フ
ィルタ装置は後面と前面に半透明のコーティングを有す
る透明材料の表面平行板から成るファブリィ−ペロー・
エタロンである。このようなエタロンは設計が比較的簡
単であり、一体の部品から成っているので位置合わせを
必要としない。
ズが小さく、安価な部品で構成することができることで
ある。部品のサイズが小さく、軽量であることによっ
て、装置の慣性モーメントが低くなる。その結果、フィ
ルタ装置は極めて迅速に回転可能であるので、迅速な波
長調整が可能である。更に、本発明によって所望の波長
とこの波長のためのモータ位置との関係を容易に校正す
ることができる。本発明の好ましい実施例に従って、フ
ィルタ装置は後面と前面に半透明のコーティングを有す
る透明材料の表面平行板から成るファブリィ−ペロー・
エタロンである。このようなエタロンは設計が比較的簡
単であり、一体の部品から成っているので位置合わせを
必要としない。
【００１７】本発明の好ましい用途はレーザであり、そ
の場合フィルタ装置は共振子空洞内に配設され、レーザ
放射の帯域幅を狭くし、同時にレーザの出力波長を調整
する機能を果たす。本発明は例えば気体レーザ、固体レ
ーザ又はダイ・レーザのような任意の種類のレーザに使
用できる。本発明が利用されるレーザの例には利得媒体
として半導体チップから成る外部空洞レーザがある。共
振子空洞は片側はフレネル反射により半透明鏡として機
能する半導体チップの端面によって形成され、他の側は
調整可能な回折格子によって形成される。格子はレーザ
出力波長の粗調整用に使用され、エタロンは微調整用に
使用される。この外部空洞レーザによって単一モードで
の動作が保証される。更に、それによって極めて僅かな
段階で極めて高い精度での波長調整が保証される。
の場合フィルタ装置は共振子空洞内に配設され、レーザ
放射の帯域幅を狭くし、同時にレーザの出力波長を調整
する機能を果たす。本発明は例えば気体レーザ、固体レ
ーザ又はダイ・レーザのような任意の種類のレーザに使
用できる。本発明が利用されるレーザの例には利得媒体
として半導体チップから成る外部空洞レーザがある。共
振子空洞は片側はフレネル反射により半透明鏡として機
能する半導体チップの端面によって形成され、他の側は
調整可能な回折格子によって形成される。格子はレーザ
出力波長の粗調整用に使用され、エタロンは微調整用に
使用される。この外部空洞レーザによって単一モードで
の動作が保証される。更に、それによって極めて僅かな
段階で極めて高い精度での波長調整が保証される。
【００１８】レーザの共振子空洞内にフィルタ装置が挿
入されると、光軸に対するエタロンの回転軸の傾斜角
度、及び回転軸に対するエタロンの表面法線の傾斜角度
はエタロンが全回転する際に、エタロンの表面が光軸に
対して決して垂直にならないように選択されることが好
ましい。そうでないと、エタロンの表面が光軸と垂直な
位置にあった場合、この表面は新たな共振子空洞の一部
として機能し、レーザの動作を妨げることになってしま
う。
入されると、光軸に対するエタロンの回転軸の傾斜角
度、及び回転軸に対するエタロンの表面法線の傾斜角度
はエタロンが全回転する際に、エタロンの表面が光軸に
対して決して垂直にならないように選択されることが好
ましい。そうでないと、エタロンの表面が光軸と垂直な
位置にあった場合、この表面は新たな共振子空洞の一部
として機能し、レーザの動作を妨げることになってしま
う。
【００１９】所望のレーザ出力波長を調整するための格
子とエロンの運動は記憶装置に記憶された校正データを
利用して制御される。これらの校正データはそれぞれの
個々のレーザ機構ごとに導出される。従って、エタロン
又は格子のようなレーザの部品の製造公差を補償するこ
とができる。本発明は波長選択フィルタ装置としてファ
ブリィ−ペロー・エタロンに限定されるものではなく、
光軸に対するフィルタ装置の傾斜角の対応する変化だけ
波長を変化せしめる別のフィルタ装置も使用できる。こ
のような別のフィルタ装置の例は例えばレーザの空洞内
に配設された調整板である。ビームは周囲とは屈折率が
異なる調整板を通って透過される。従って、空洞内のビ
ームの光の透過波長は調整板を回転されることによって
変更可能であり、その結果レーザの出力波長も対応して
変化する。
子とエロンの運動は記憶装置に記憶された校正データを
利用して制御される。これらの校正データはそれぞれの
個々のレーザ機構ごとに導出される。従って、エタロン
又は格子のようなレーザの部品の製造公差を補償するこ
とができる。本発明は波長選択フィルタ装置としてファ
ブリィ−ペロー・エタロンに限定されるものではなく、
光軸に対するフィルタ装置の傾斜角の対応する変化だけ
波長を変化せしめる別のフィルタ装置も使用できる。こ
のような別のフィルタ装置の例は例えばレーザの空洞内
に配設された調整板である。ビームは周囲とは屈折率が
異なる調整板を通って透過される。従って、空洞内のビ
ームの光の透過波長は調整板を回転されることによって
変更可能であり、その結果レーザの出力波長も対応して
変化する。
【００２０】更に、本発明は外部空洞レーザ又は別の種
類のレーザに限定されるものではなく、高度な分解能と
反復性を供えているが、対応する装置の複雑さとコスト
を低減する、波長調整が必要な別の光学装置にも利用で
きる。
類のレーザに限定されるものではなく、高度な分解能と
反復性を供えているが、対応する装置の複雑さとコスト
を低減する、波長調整が必要な別の光学装置にも利用で
きる。
【００２１】
【実施例】図１ａは能動媒体が半導体レーザ・チップ１
である外部空洞レーザを概略的に示している。半導体レ
ーザ・チップ１は一つの光出口面が反射防止コーティン
グ２で被覆されている。半導体１から出る光円錐３はセ
フロン・レンズ４によって視準が合わせられる。視準さ
れたビーム５の直径は約１ｍｍである。視準されたビー
ム５はファブリィ−ペロー・エタロン６を通して透過さ
れ、その後で回折格子７に衝突する。回折格子７は波長
選択鏡として機能する。すなわち、特定の波長λの放射
だけが同じ光路に沿ってエタロン６と、セフロン・レン
ズ４と、反射防止コーティング２とに沿って半導体１内
に再度反射される。格子が平面鏡として機能する波長λ
は駆動装置１５によって軸の周囲の格子を回転させるこ
とにより調整可能である。駆動装置１５は例えばステッ
プモータでよい。下記の公式はこの波長の入射放射を格
子７が光軸に沿って再反射する鏡として機能する。
である外部空洞レーザを概略的に示している。半導体レ
ーザ・チップ１は一つの光出口面が反射防止コーティン
グ２で被覆されている。半導体１から出る光円錐３はセ
フロン・レンズ４によって視準が合わせられる。視準さ
れたビーム５の直径は約１ｍｍである。視準されたビー
ム５はファブリィ−ペロー・エタロン６を通して透過さ
れ、その後で回折格子７に衝突する。回折格子７は波長
選択鏡として機能する。すなわち、特定の波長λの放射
だけが同じ光路に沿ってエタロン６と、セフロン・レン
ズ４と、反射防止コーティング２とに沿って半導体１内
に再度反射される。格子が平面鏡として機能する波長λ
は駆動装置１５によって軸の周囲の格子を回転させるこ
とにより調整可能である。駆動装置１５は例えばステッ
プモータでよい。下記の公式はこの波長の入射放射を格
子７が光軸に沿って再反射する鏡として機能する。
【００２２】
【数４】
【００２３】ここにａは格子定数であり、θは格子に衝
突するビームの入射角である。反射防止コーティング２
と対向する半導体チップ１の表面１２は右側からレンズ
４を経て半導体チップに入射するための反射表面として
機能する。半導体レーザ・チップ１内の内部導波に対し
て垂直な表面１２での反射は半導体材料と周囲の空気の
屈折率の差によるものである。表面１２から反射した放
射は再度半導体チップ１を通過して、前述と同じ経路を
進行する。内部で放射が前後に何度か増幅されるレーザ
・共振子はこのようにして片側では半導体１の表面１２
によって形成され、別の側では格子７によって形成され
る。
突するビームの入射角である。反射防止コーティング２
と対向する半導体チップ１の表面１２は右側からレンズ
４を経て半導体チップに入射するための反射表面として
機能する。半導体レーザ・チップ１内の内部導波に対し
て垂直な表面１２での反射は半導体材料と周囲の空気の
屈折率の差によるものである。表面１２から反射した放
射は再度半導体チップ１を通過して、前述と同じ経路を
進行する。内部で放射が前後に何度か増幅されるレーザ
・共振子はこのようにして片側では半導体１の表面１２
によって形成され、別の側では格子７によって形成され
る。
【００２４】本発明の実施例では、半導体レーザ・チッ
プ１はインジウム、砒化ガリウム及び燐化物を含むｐ基
板埋設クレセント・レーザである。この材料により発さ
れる放射線の波長は１５４０ナノメータ（ｎｍ）の赤外
線スペクトル範囲内にある。この材料の屈折率は約３．
５であり、表面１２での反射率は約３１％である。図１
ａに示すように、ファブリィ−ペロー・エタロン６はモ
ータ９の軸８上に配設されている。モータ軸８は光軸５
に対して、角度ρo だけ傾斜している。紙の平面と垂直
であり、光軸５を含む平面へのモータ軸の投射が光軸と
一致するようにモータ軸８は光軸５の上方に配設されて
いる。この構成とは別の構造として、モータ軸８を光軸
と平行に変位させて配設することもできよう。更に別の
構造として、紙の平面と垂直であり、光軸５を含む平面
へのモータ軸８の投射が光軸と交差する構成も可能であ
ろう。図示した例のモータ９は直流モータであり、光学
式エンコーダ１７を備えており、これを利用してエタロ
ンの複数の個別の角位置を調整できる。特定の一実施例
ではエンコーダは一回転当たり４０９６の増分を呈す
る。直流モータは安価で複雑な制御回路が必要ないとい
う利点を有している。
プ１はインジウム、砒化ガリウム及び燐化物を含むｐ基
板埋設クレセント・レーザである。この材料により発さ
れる放射線の波長は１５４０ナノメータ（ｎｍ）の赤外
線スペクトル範囲内にある。この材料の屈折率は約３．
５であり、表面１２での反射率は約３１％である。図１
ａに示すように、ファブリィ−ペロー・エタロン６はモ
ータ９の軸８上に配設されている。モータ軸８は光軸５
に対して、角度ρo だけ傾斜している。紙の平面と垂直
であり、光軸５を含む平面へのモータ軸の投射が光軸と
一致するようにモータ軸８は光軸５の上方に配設されて
いる。この構成とは別の構造として、モータ軸８を光軸
と平行に変位させて配設することもできよう。更に別の
構造として、紙の平面と垂直であり、光軸５を含む平面
へのモータ軸８の投射が光軸と交差する構成も可能であ
ろう。図示した例のモータ９は直流モータであり、光学
式エンコーダ１７を備えており、これを利用してエタロ
ンの複数の個別の角位置を調整できる。特定の一実施例
ではエンコーダは一回転当たり４０９６の増分を呈す
る。直流モータは安価で複雑な制御回路が必要ないとい
う利点を有している。
【００２５】本発明で使用されるファブリィ−ペロー・
エタロンは前面と後面とに反射率が高いコーティングを
有する水晶ガラス板から成っている。前面と後面とは互
いに平行であることが必要であり、それによって、極め
て高い精度で平行が保たれる必要がある。エタロン６の
表面法線、すなわちエタロン６の前面と垂直な線には参
照番号１３が付されている。本発明の重要な側面に従っ
て、エタロン表面はモータ軸８との間に９０度とは異な
る角度を呈する。エタロンの表面法線はモータ軸８に対
して角度γo だけ傾斜している。この傾斜によって、エ
タロン６は軸８が回転すると動揺する。その結果、ビー
ム５がエタロン６に衝突する角度はモータ軸８の回転角
δの関数として変化する。αを表面法線１３と光軸５と
の間の角度とすると、角度δの関数としてのαの変化に
は下記の公式が適用される。
エタロンは前面と後面とに反射率が高いコーティングを
有する水晶ガラス板から成っている。前面と後面とは互
いに平行であることが必要であり、それによって、極め
て高い精度で平行が保たれる必要がある。エタロン６の
表面法線、すなわちエタロン６の前面と垂直な線には参
照番号１３が付されている。本発明の重要な側面に従っ
て、エタロン表面はモータ軸８との間に９０度とは異な
る角度を呈する。エタロンの表面法線はモータ軸８に対
して角度γo だけ傾斜している。この傾斜によって、エ
タロン６は軸８が回転すると動揺する。その結果、ビー
ム５がエタロン６に衝突する角度はモータ軸８の回転角
δの関数として変化する。αを表面法線１３と光軸５と
の間の角度とすると、角度δの関数としてのαの変化に
は下記の公式が適用される。
【００２６】
【数５】
【００２７】モータ軸８が１８０度の角度だけ回転する
と、角度αは最大値αmax と最小値αmin の間を変化す
る。図1aはαmax に関するモータ軸８の角配向を示し、
図１b はαmin に関するモータ軸８の角配向を示す。エ
タロンが最大透過率を有する波長は角度αの関数である
ので（方程式３を参照）、波長の調整はエタロンを回転
させることによって達成可能である。
と、角度αは最大値αmax と最小値αmin の間を変化す
る。図1aはαmax に関するモータ軸８の角配向を示し、
図１b はαmin に関するモータ軸８の角配向を示す。エ
タロンが最大透過率を有する波長は角度αの関数である
ので（方程式３を参照）、波長の調整はエタロンを回転
させることによって達成可能である。
【００２８】図１ａには更に外部空洞レーザが振動する
波長、すなわちレーザ出力ビームの波長を調整するため
に制御信号をモータ９と格子７の駆動装置１５とに送る
ための制御装置１０も図示されている。制御装置１０は
入力装置１６と接続され、この入力装置によってオペレ
ータはレーザ出力ビームの所望の波長を入力することが
できる。波長の調整は代表的にはプログラム可能な読出
し専用記憶装置（ＰＲＯＭ）である記憶装置１１に記憶
された校正データを用いて行われる。調整の詳細を以下
に説明する。明解にするために、ブロック１０，１１，
１５及び１６は図１ｂには示していない。
波長、すなわちレーザ出力ビームの波長を調整するため
に制御信号をモータ９と格子７の駆動装置１５とに送る
ための制御装置１０も図示されている。制御装置１０は
入力装置１６と接続され、この入力装置によってオペレ
ータはレーザ出力ビームの所望の波長を入力することが
できる。波長の調整は代表的にはプログラム可能な読出
し専用記憶装置（ＰＲＯＭ）である記憶装置１１に記憶
された校正データを用いて行われる。調整の詳細を以下
に説明する。明解にするために、ブロック１０，１１，
１５及び１６は図１ｂには示していない。
【００２９】図２は図１ａ及び１ｂに示したレーザの種
々の軸と角度の幾何的な関係を更に図解している。エタ
ロン６は表面法線１３と共に図示されている。モータ軸
はエタロン６の中心を通る。モータ軸８が回転すると
（角度δ）、エタロン６は動揺もしくは章動し、それに
よって表面法線１３は章動円１４を描く。図２はエタロ
ンの２つの極端位置を示し、参照番号６は光軸５とエタ
ロンの表面法線１３との角度αが最小時の位置に対応
し、参照番号６’は光軸と位置６’の表面法線１３’と
の角度αが最大時の位置に対応する。エタロンのこれら
の２つの位置はそれぞれ図１ａ及び１ｂに示した幾何学
的状態に対応する。モータ軸８と光軸５との間の角度ρ
o と、モータ軸８とエタロンへの表面法線との角度γo
は一定である。
々の軸と角度の幾何的な関係を更に図解している。エタ
ロン６は表面法線１３と共に図示されている。モータ軸
はエタロン６の中心を通る。モータ軸８が回転すると
（角度δ）、エタロン６は動揺もしくは章動し、それに
よって表面法線１３は章動円１４を描く。図２はエタロ
ンの２つの極端位置を示し、参照番号６は光軸５とエタ
ロンの表面法線１３との角度αが最小時の位置に対応
し、参照番号６’は光軸と位置６’の表面法線１３’と
の角度αが最大時の位置に対応する。エタロンのこれら
の２つの位置はそれぞれ図１ａ及び１ｂに示した幾何学
的状態に対応する。モータ軸８と光軸５との間の角度ρ
o と、モータ軸８とエタロンへの表面法線との角度γo
は一定である。
【００３０】モータ軸８は光軸５に対して傾斜している
ので（ρo ）、角度ρo とγo を適切に選択することに
よって、モータ軸８が３６０度回転する際にエタロンの
表面が光軸５に対して決して垂直にならないことが保証
される。このことは重要であるが、その理由はエタロン
が光軸５に対して垂直である場合は、それが反射素子と
して機能し、そのために表面１２と共に第２の不要な共
振子空洞を形成し、それによって外部空洞レーザの動作
を妨げる恐れがあるからである。特に外部空洞レーザの
単一モードでの動作は不可能になるであろう。
ので（ρo ）、角度ρo とγo を適切に選択することに
よって、モータ軸８が３６０度回転する際にエタロンの
表面が光軸５に対して決して垂直にならないことが保証
される。このことは重要であるが、その理由はエタロン
が光軸５に対して垂直である場合は、それが反射素子と
して機能し、そのために表面１２と共に第２の不要な共
振子空洞を形成し、それによって外部空洞レーザの動作
を妨げる恐れがあるからである。特に外部空洞レーザの
単一モードでの動作は不可能になるであろう。
【００３１】本発明の実施例によれば、光軸５とモータ
軸８との間の角度ρo は３度であり、表面法線１３とモ
ータ軸８との間の角度は２度である。前記の公式３を用
いて、αは１度ないし５度の間で変化する。この例で
は、使用される固体形のエタロンは厚さ０．５ｍｍ、直
径が２５ｍｍである。双方のエタロンの表面には６０％
の反射率を有する反射層が被覆してある。
軸８との間の角度ρo は３度であり、表面法線１３とモ
ータ軸８との間の角度は２度である。前記の公式３を用
いて、αは１度ないし５度の間で変化する。この例で
は、使用される固体形のエタロンは厚さ０．５ｍｍ、直
径が２５ｍｍである。双方のエタロンの表面には６０％
の反射率を有する反射層が被覆してある。
【００３２】外部空洞レーザの特定の出力波長の調整は
次のようにして行われる。ユーザーは入力装置１６を介
して、例えばキーボード又はインタフェース母線を介し
て所望の波長を入力する。それに応答して、制御装置１
０は記憶装置１１からこの波長に対応する格子７の位置
並びにこの波長でのエタロンの角配向（角度δ）を読み
出す。この情報は制御装置１０によってモータ９及び格
子７の駆動装置１５用の対応する制御信号へと変換され
る。モータ９と駆動装置１５は次に特有の波長に必要な
位置に移動される。
次のようにして行われる。ユーザーは入力装置１６を介
して、例えばキーボード又はインタフェース母線を介し
て所望の波長を入力する。それに応答して、制御装置１
０は記憶装置１１からこの波長に対応する格子７の位置
並びにこの波長でのエタロンの角配向（角度δ）を読み
出す。この情報は制御装置１０によってモータ９及び格
子７の駆動装置１５用の対応する制御信号へと変換され
る。モータ９と駆動装置１５は次に特有の波長に必要な
位置に移動される。
【００３３】特定の波長に対応する格子７とエタロン６
の位置に関する情報は２つのデータ配列の形式で記憶装
置１１に記憶される。第１のデータ配列は格子の位置決
め情報、すなわち複数の波長値と、対応する格子位置の
情報を含んでいる。所望の波長値がデータ配列内の２つ
の別個の値の間にある場合は、格子の対応する位置を得
るためにこれらの２つの値の間の直線補間が行われる。
格子位置のこの調整によってレーザの波長が粗く規定さ
れる。このように格子は波長の暫定選択素子として機能
する。波長の微調整はエタロンの回転角δの調整によっ
て行われる。この調整用のデータは第２データ配列に含
まれている。本発明の特定の実施例では、エタロンが一
定の角度だけ回転することに起因する波長の変化はレー
ザの調整範囲に亘ってきいっていであり、絶対波長とは
関わりないと近似的に想定されている。この近似法によ
って、第２データ配列はエタロンの複数の回転角、一般
に０度ないし１８０度と、対応する波長シフトを含んで
いる。
の位置に関する情報は２つのデータ配列の形式で記憶装
置１１に記憶される。第１のデータ配列は格子の位置決
め情報、すなわち複数の波長値と、対応する格子位置の
情報を含んでいる。所望の波長値がデータ配列内の２つ
の別個の値の間にある場合は、格子の対応する位置を得
るためにこれらの２つの値の間の直線補間が行われる。
格子位置のこの調整によってレーザの波長が粗く規定さ
れる。このように格子は波長の暫定選択素子として機能
する。波長の微調整はエタロンの回転角δの調整によっ
て行われる。この調整用のデータは第２データ配列に含
まれている。本発明の特定の実施例では、エタロンが一
定の角度だけ回転することに起因する波長の変化はレー
ザの調整範囲に亘ってきいっていであり、絶対波長とは
関わりないと近似的に想定されている。この近似法によ
って、第２データ配列はエタロンの複数の回転角、一般
に０度ないし１８０度と、対応する波長シフトを含んで
いる。
【００３４】図３はエタロンの回転角の調整を更に説明
するための図である。これはエタロンの角度δの回転に
起因する実際の波長シフト△λのグラフである。このグ
ラフは本発明の実施例に関するものであり、そのパラメ
タは前述の通りである（γo＝２度、ρo ＝３度、エタ
ロンの厚さ＝０．５ｍｍ、屈折率＝１．４４、能動媒体
の放射線の波長：約１５４０ｎｍ）。図３に示すよう
に、曲線は１８０度の角位置に対して対称的であるの
で、種々の波長を調整するために０度と１８０度の角度
範囲（又は１８０度と３６０度の間の角度範囲）しか必
要がない。グラフで示されるように、エタロンが０度な
いし１８０度の間で回転することによって、２．２ｎｍ
の間隔内で波長の変化が生ずる。モータ９と共に一回転
当たり４０９６だけ増分する光学式エンコーダを使用す
る場合は、波長は０．００１ｎｍの段階で調整可能であ
る。これらの調整可能な波長の各々で、レーザの単一モ
ード動作が保証される。レーザ出力波長を調整する場
合、格子の最大反射波長がエタロンの最大透過波長にあ
るように格子も移動される。これについては後に詳述す
る。
するための図である。これはエタロンの角度δの回転に
起因する実際の波長シフト△λのグラフである。このグ
ラフは本発明の実施例に関するものであり、そのパラメ
タは前述の通りである（γo＝２度、ρo ＝３度、エタ
ロンの厚さ＝０．５ｍｍ、屈折率＝１．４４、能動媒体
の放射線の波長：約１５４０ｎｍ）。図３に示すよう
に、曲線は１８０度の角位置に対して対称的であるの
で、種々の波長を調整するために０度と１８０度の角度
範囲（又は１８０度と３６０度の間の角度範囲）しか必
要がない。グラフで示されるように、エタロンが０度な
いし１８０度の間で回転することによって、２．２ｎｍ
の間隔内で波長の変化が生ずる。モータ９と共に一回転
当たり４０９６だけ増分する光学式エンコーダを使用す
る場合は、波長は０．００１ｎｍの段階で調整可能であ
る。これらの調整可能な波長の各々で、レーザの単一モ
ード動作が保証される。レーザ出力波長を調整する場
合、格子の最大反射波長がエタロンの最大透過波長にあ
るように格子も移動される。これについては後に詳述す
る。
【００３５】次に、図１に示した外部空洞レーザ用の第
１及び第２データ配列が得られる態様をより詳細に説明
する。第１と第２のデータ配列に含まれる校正データは
個々のレーザ装置の各々用に導出されるので、エタロン
又は光学系の別の部品の製造公差が考慮されることに留
意されたい。校正手順を説明するため、ここで図４を参
照する。図４は格子７から反射した光の輝度と、エタロ
ン６の透過率のグラフであり、双方とも入射光線の波長
λの関数である。曲線４０ａと４０ｂは格子の２つの異
なる角配向に対応して、２つの異なる波長λ1 及びλ2
での格子の反射曲線をそれぞれ表している。ピーク４１
ａ−４１ｇはエタロンの固定的な角配向の最大透過率を
表している。エタロンの最大透過幅は格子の反射曲線の
幅よりも小さいことが明瞭であろう。前述の実際の実施
例では、エタロンの最大透過率の半最大での全幅(the f
ull width at half maximum)は約０．１ｎｍであり、格
子反射曲線は約１ｎｍである。
１及び第２データ配列が得られる態様をより詳細に説明
する。第１と第２のデータ配列に含まれる校正データは
個々のレーザ装置の各々用に導出されるので、エタロン
又は光学系の別の部品の製造公差が考慮されることに留
意されたい。校正手順を説明するため、ここで図４を参
照する。図４は格子７から反射した光の輝度と、エタロ
ン６の透過率のグラフであり、双方とも入射光線の波長
λの関数である。曲線４０ａと４０ｂは格子の２つの異
なる角配向に対応して、２つの異なる波長λ1 及びλ2
での格子の反射曲線をそれぞれ表している。ピーク４１
ａ−４１ｇはエタロンの固定的な角配向の最大透過率を
表している。エタロンの最大透過幅は格子の反射曲線の
幅よりも小さいことが明瞭であろう。前述の実際の実施
例では、エタロンの最大透過率の半最大での全幅(the f
ull width at half maximum)は約０．１ｎｍであり、格
子反射曲線は約１ｎｍである。
【００３６】校正プロセスの第１段階では、格子の角配
向（又はモータ駆動１５の位置）がλ1 及びλ2 のよう
な複数の別個の波長毎に定められる。この目的のため、
レーザ出力ビームが出口面１２に結合された光ファイバ
（図示せず）を経て、又、光ビーム分割器を経て高精度
の波長計及び光学式出力計へと向けられる。このように
してレーザ出力波長と出力が同時に測定される。エタロ
ン６は固定位置に配設されるが、角位置（δu ）は未知
である。ここで格子７は出力が局部的な最大値になるま
でレーザの調整範囲内で移動される（前述の例の場合は
約１５４０ｎｍ）。この場合は、格子反射曲線の最大値
はエタロンの透過最大値にある。このような状態は図４
に示されており、ここで曲線４０ａの最大値はエタロン
の最大透過値４１ａにある。対応する波長λ1 が波長計
によって測定される。このようにしてこの波長と格子位
置とが第１校正データ配列の最初の一対のデータを構成
する。
向（又はモータ駆動１５の位置）がλ1 及びλ2 のよう
な複数の別個の波長毎に定められる。この目的のため、
レーザ出力ビームが出口面１２に結合された光ファイバ
（図示せず）を経て、又、光ビーム分割器を経て高精度
の波長計及び光学式出力計へと向けられる。このように
してレーザ出力波長と出力が同時に測定される。エタロ
ン６は固定位置に配設されるが、角位置（δu ）は未知
である。ここで格子７は出力が局部的な最大値になるま
でレーザの調整範囲内で移動される（前述の例の場合は
約１５４０ｎｍ）。この場合は、格子反射曲線の最大値
はエタロンの透過最大値にある。このような状態は図４
に示されており、ここで曲線４０ａの最大値はエタロン
の最大透過値４１ａにある。対応する波長λ1 が波長計
によって測定される。このようにしてこの波長と格子位
置とが第１校正データ配列の最初の一対のデータを構成
する。
【００３７】その後、格子７は一定値だけ（例えば１０
ｎｍ）第２位置に移動され、次に出力が再度局部的な最
大値になるまで格子の調整が行われる。これは曲線４０
ｂの最大値がエタロンの最大透過値４１ｇに位置してい
るという状態と対応する。対応する波長λ2 と格子位置
は第１の校正配列の第２の一対のデータとして記憶され
る。次に、格子が前述の一定値だけ移動され、第３の一
対のデータを得るために調整が行われる。この手順は校
正点の希望数に応じて何度か繰り返される。その後で、
レーザが動作され、２つの校正波長の間にある所望の波
長が調整される際に、格子駆動の対応する位置を導出す
るためにこれらの２つの波長の間の直線補間が行われ
る。前述したように、エタロン６は格子の校正中、固定
されているが未知の位置（δu ）に配置されている。次
にエタロン回転の校正について説明する。この校正はエ
タロンの２つの透過最大値の間に位置する波長、例えば
図４の点λ1 とλ2の間の波長λd を微調整するために
必要である。λd にて最大のレーザ出力を保証するため
に、エタロンの透過最大値は格子の反射曲線の最大値の
位置になければならない。このように、図４を参照する
と、エタロン透過曲線は透過最大値４１ｃが位置λd に
あるようにシフトされる必要がある。同時に、格子位置
は格子反射曲線がλd で最大になるように変更されなけ
ればならない。エタロンの最大透過値のλd へのシフト
はエタロンが上に固定されているモータ軸８の適宜に回
転させることによって達成される。エタロン透過曲線を
シフトするためにモータ軸を回転させなければならない
角度は、第２データ配列から取り出され、このデータ配
列は複数の波長シフト△λと対応する回転角δとを含ん
でいる。これらのデータは次のようにして得られる。
ｎｍ）第２位置に移動され、次に出力が再度局部的な最
大値になるまで格子の調整が行われる。これは曲線４０
ｂの最大値がエタロンの最大透過値４１ｇに位置してい
るという状態と対応する。対応する波長λ2 と格子位置
は第１の校正配列の第２の一対のデータとして記憶され
る。次に、格子が前述の一定値だけ移動され、第３の一
対のデータを得るために調整が行われる。この手順は校
正点の希望数に応じて何度か繰り返される。その後で、
レーザが動作され、２つの校正波長の間にある所望の波
長が調整される際に、格子駆動の対応する位置を導出す
るためにこれらの２つの波長の間の直線補間が行われ
る。前述したように、エタロン６は格子の校正中、固定
されているが未知の位置（δu ）に配置されている。次
にエタロン回転の校正について説明する。この校正はエ
タロンの２つの透過最大値の間に位置する波長、例えば
図４の点λ1 とλ2の間の波長λd を微調整するために
必要である。λd にて最大のレーザ出力を保証するため
に、エタロンの透過最大値は格子の反射曲線の最大値の
位置になければならない。このように、図４を参照する
と、エタロン透過曲線は透過最大値４１ｃが位置λd に
あるようにシフトされる必要がある。同時に、格子位置
は格子反射曲線がλd で最大になるように変更されなけ
ればならない。エタロンの最大透過値のλd へのシフト
はエタロンが上に固定されているモータ軸８の適宜に回
転させることによって達成される。エタロン透過曲線を
シフトするためにモータ軸を回転させなければならない
角度は、第２データ配列から取り出され、このデータ配
列は複数の波長シフト△λと対応する回転角δとを含ん
でいる。これらのデータは次のようにして得られる。
【００３８】第１に、エタロン６が前述の（未知の）位
置δu にある基準波長が選択され、格子はその反射曲線
がエタロンの最大透過値にあるように配置される。この
波長は図４ではλ2 であるものと想定する。ここでモー
タ軸８が一定の値、例えば１度だけ回転される。次に格
子７は波長計により測定された新たな波長へと僅かに移
動される。エタロンのこの位置での波長をλcal1とす
る。λcal1とλ2 との間の差と、軸８の回転角（この例
では１度）から成る一対のデータは第２データ配列への
最初の入力である。軸８の回転角はモータ位置エンコー
ダ１７の対応位置として表され、第２データ配列にその
形式で記憶されることが好ましい。次に軸８が前述と同
じ一定量だけ更に回転され（この例では１度）、格子は
再び再調整され、その結果として生ずる波長が読み出さ
れ、この波長とλ2 との間の差が軸８の全回転角（２
度）と共に第２データ配列に記憶される。第２データ配
列の校正データを利用して、２つの最大透過値の間の任
意の波長シフトを調整することができる。エタロンの回
転でカバーされ得る波長範囲はエタロンのパラメタ
（ｄ，ｎ，ρo , γo)によって決定される。前述のパラ
メタの場合は、この波長範囲は約２．２ｎｍである。所
望の波長シフトが第２データ配列内の任意の２つの値の
間にある場合は、軸８の適切な回転角度を得るためにこ
れらの２つの直線補間が行われる。
置δu にある基準波長が選択され、格子はその反射曲線
がエタロンの最大透過値にあるように配置される。この
波長は図４ではλ2 であるものと想定する。ここでモー
タ軸８が一定の値、例えば１度だけ回転される。次に格
子７は波長計により測定された新たな波長へと僅かに移
動される。エタロンのこの位置での波長をλcal1とす
る。λcal1とλ2 との間の差と、軸８の回転角（この例
では１度）から成る一対のデータは第２データ配列への
最初の入力である。軸８の回転角はモータ位置エンコー
ダ１７の対応位置として表され、第２データ配列にその
形式で記憶されることが好ましい。次に軸８が前述と同
じ一定量だけ更に回転され（この例では１度）、格子は
再び再調整され、その結果として生ずる波長が読み出さ
れ、この波長とλ2 との間の差が軸８の全回転角（２
度）と共に第２データ配列に記憶される。第２データ配
列の校正データを利用して、２つの最大透過値の間の任
意の波長シフトを調整することができる。エタロンの回
転でカバーされ得る波長範囲はエタロンのパラメタ
（ｄ，ｎ，ρo , γo)によって決定される。前述のパラ
メタの場合は、この波長範囲は約２．２ｎｍである。所
望の波長シフトが第２データ配列内の任意の２つの値の
間にある場合は、軸８の適切な回転角度を得るためにこ
れらの２つの直線補間が行われる。
【００３９】図４の波長λd を調整する動作に戻ると、
解決すべき問題点がなお存在する。すなわち、この時点
で所望の波長間隔だけエタロン透過曲線４１をシフトす
ることは可能であるが、エタロンの最大透過値（例えば
４１ｃ）が位置λd にあるようにするには前記曲線をど
の程度の量だけシフトする必要があるかを判定しなけれ
ばならない。この目的のため、エタロンの位置角度δu
でのエタロンの最大透過値が絶対波長位置のどこにある
かを判定しなければならない。これは次のようにして行
われる。第１に、データ配列１を定める前述の第１の校
正手順において波長計で精密に測定された２つの波長が
選択されるこれらの２つの波長が図４に示すようにλ1
及びλ2 であるものと想定する。複数のエタロン最大透
過値４１ｂ−ｆがλ1 とλ2 の間にある。隣接する最大
値の相互の波長差はエタロンの自由スペクトル範囲（Ｆ
ＳＲ）と呼ばれ、次の公式を満たす。
解決すべき問題点がなお存在する。すなわち、この時点
で所望の波長間隔だけエタロン透過曲線４１をシフトす
ることは可能であるが、エタロンの最大透過値（例えば
４１ｃ）が位置λd にあるようにするには前記曲線をど
の程度の量だけシフトする必要があるかを判定しなけれ
ばならない。この目的のため、エタロンの位置角度δu
でのエタロンの最大透過値が絶対波長位置のどこにある
かを判定しなければならない。これは次のようにして行
われる。第１に、データ配列１を定める前述の第１の校
正手順において波長計で精密に測定された２つの波長が
選択されるこれらの２つの波長が図４に示すようにλ1
及びλ2 であるものと想定する。複数のエタロン最大透
過値４１ｂ−ｆがλ1 とλ2 の間にある。隣接する最大
値の相互の波長差はエタロンの自由スペクトル範囲（Ｆ
ＳＲ）と呼ばれ、次の公式を満たす。
【００４０】
【数６】
【００４１】ここにλはエタロンを透過する波長であ
り、ｎは屈折率であり、αは入射角である。エタロンの
初期角度位置での入射角αu は未知であり、αは代表的
には小さい値（数度）であるので、方程式６ではsin2の
項はゼロであるとして近似計算される。そこで方程式６
は次に還元される。
り、ｎは屈折率であり、αは入射角である。エタロンの
初期角度位置での入射角αu は未知であり、αは代表的
には小さい値（数度）であるので、方程式６ではsin2の
項はゼロであるとして近似計算される。そこで方程式６
は次に還元される。
【００４２】
【数７】
【００４３】近似法としてλはλ2 であるものとする。
この選択からＦＳＲの暫定的な値が生ずる。λ1 及びλ
2 でのエタロンの透過の（方程式３の因数ｍに対応す
る）数値をそれぞれｍ1 及びｍ2 とし、ｍ1 とｍ2 との
差を△m とすると、下記の式が適用される。
この選択からＦＳＲの暫定的な値が生ずる。λ1 及びλ
2 でのエタロンの透過の（方程式３の因数ｍに対応す
る）数値をそれぞれｍ1 及びｍ2 とし、ｍ1 とｍ2 との
差を△m とすると、下記の式が適用される。
【００４４】
【数８】
【００４５】△m は整数であり、λ1 及びλ2 は周知で
あるという条件から、ＦＲＳの暫定値を修正するために
方程式８を用いることができる。方程式３から、次にな
る。
あるという条件から、ＦＲＳの暫定値を修正するために
方程式８を用いることができる。方程式３から、次にな
る。
【００４６】
【数９】
【００４７】これは下記と等価である。
【００４８】
【数１０】
【００４９】方程式８と１０とを利用して、ｍ1 が計算
される。ここで方程式９を利用して、最大値４１ａに引
き続くエタロン最大透過の絶対波長が計算される。例え
ば、（数値ｍ1 に対応する) λ1 での最大透過値のすぐ
後のエタロン最大透過値４１ｂでの波長λ41b には次が
適用される。
される。ここで方程式９を利用して、最大値４１ａに引
き続くエタロン最大透過の絶対波長が計算される。例え
ば、（数値ｍ1 に対応する) λ1 での最大透過値のすぐ
後のエタロン最大透過値４１ｂでの波長λ41b には次が
適用される。
【００５０】
【数１１】
【００５１】それに続く最大透過値は全て透過の数値ｍ
を１ずつそれぞれ縮小することによって計算される。こ
の計算は図１に示した制御装置の一部であるマイクロプ
ロセッサによって行われる。ここで、所望の波長λd と
隣接するエタロン最大透過値（ピーク４１ｃ）との波長
差を精確に判定することができる。次に、この波長差
（又はモータ・エンコーダ位置の差）が軸８のどの回転
角と対応するかを第２データ配列で探索する。軸８は第
２データ配列から読み出された量だけ回転される。説明
してきた校正方法は迅速且つ比較的簡単である。これは
エタロンの初期の角度位置（αｕ）を知る必要がないと
いう利点をも更に備えている。更に、光学部品及び機械
部品の製造公差をも考慮に入れることができる。図１ａ
及び図１ｂに関連した前述の実施例は波長選択フィルタ
装置としてファブリー−ペロー・エタロンを使用してい
る。これは勿論本発明を実施できるフィルタ装置の一つ
であるに過ぎない。別のフィルタ装置としてはエタロン
６の代わりに透明な調整板であることができよう。この
ような調整板は周囲とは異なる屈折率を有しているの
で、板の回転によって空洞内部でのビームの光軸が振動
し、それによってレーザ出力波形の微調整が可能にな
る。
を１ずつそれぞれ縮小することによって計算される。こ
の計算は図１に示した制御装置の一部であるマイクロプ
ロセッサによって行われる。ここで、所望の波長λd と
隣接するエタロン最大透過値（ピーク４１ｃ）との波長
差を精確に判定することができる。次に、この波長差
（又はモータ・エンコーダ位置の差）が軸８のどの回転
角と対応するかを第２データ配列で探索する。軸８は第
２データ配列から読み出された量だけ回転される。説明
してきた校正方法は迅速且つ比較的簡単である。これは
エタロンの初期の角度位置（αｕ）を知る必要がないと
いう利点をも更に備えている。更に、光学部品及び機械
部品の製造公差をも考慮に入れることができる。図１ａ
及び図１ｂに関連した前述の実施例は波長選択フィルタ
装置としてファブリー−ペロー・エタロンを使用してい
る。これは勿論本発明を実施できるフィルタ装置の一つ
であるに過ぎない。別のフィルタ装置としてはエタロン
６の代わりに透明な調整板であることができよう。この
ような調整板は周囲とは異なる屈折率を有しているの
で、板の回転によって空洞内部でのビームの光軸が振動
し、それによってレーザ出力波形の微調整が可能にな
る。
【００５２】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、フィルタ装
置用の複雑でコストが高い駆動機構を必要とせずに波長
を高い精度で迅速且つ容易に調整できる。また、本発明
によれば、フィルタ装置用の簡単で安価な駆動機構によ
ってレーザ出力波長の精確なレーザ出力波長の精密な微
調整が可能となる。
置用の複雑でコストが高い駆動機構を必要とせずに波長
を高い精度で迅速且つ容易に調整できる。また、本発明
によれば、フィルタ装置用の簡単で安価な駆動機構によ
ってレーザ出力波長の精確なレーザ出力波長の精密な微
調整が可能となる。
【図１ａ】本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図１ｂ】エタロンを図１ａと異なる角度にした状態の
斜視図である。
斜視図である。
【図２】エタロンの揺動に伴うその法線とビームの照射
方向との関係とを示す図である。
方向との関係とを示す図である。
【図３】波長とエタロンとの関係を示すグラフである。
【図４】格子から反射した光の輝度とエタロンの透過率
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
１：半導体レーザ・チップ ４：セフロン・レンズ ５：ビーム ６：エタロン ７：格子 ８：モータ軸 ９：モータ １０：制御装置 １１：記憶装置 １５：駆動装置 １６：入力装置
Claims (3)
- 【請求項１】波長選択フィルタを備え、光軸に関する該
波長選択フィルタの入射角に起因する調整された波長の
放射を、該波長選択フィルタを通して上記光軸に沿って
伝え、所望の波長を調整するよう、上記波長選択フィル
タは、上記光軸に対し傾斜された回転軸に沿って回転
し、該波長選択フィルタの表面の法線は、上記波長選択
フィルタの回転軸に対し傾斜してなることを特徴とする
光装置の波長調整方法。 - 【請求項２】波長選択フィルタを備え、光軸に関する該
波長選択フィルタの入射角に起因する調整された波長の
放射を、該波長選択フィルタを通して上記光軸に沿って
伝え、所望の波長を調整するよう、上記波長選択フィル
タは、上記光軸に対し傾斜された回転軸に沿って回転
し、該波長選択フィルタの表面の法線は、上記波長選択
フィルタの回転軸に対し傾斜してなることを特徴とする
光装置の波長調整装置。 - 【請求項３】２つの反射部材を備えた空洞共振器と、 上記空洞共振器間に配置された利得媒体と、 上記空洞共振器間に設けた波長選択フィルタであって、
光軸に関する該選択波長フィルタの入射角に起因するレ
ーザ装置の出力波長の放射を、上記光軸に沿って伝える
ものと、 上記波長選択フィルタを固定し、光軸に対し傾斜された
回転軸であって、上記波長選択フィルタの表面の法線が
上記回転軸に対し傾斜されたものと、 上記回転軸を回転させる駆動手段と、 からなることを特徴とする出力波長で出力ビームを与え
るレーザ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE92101168.0 | 1992-01-24 | ||
| EP92101168A EP0552394B1 (en) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | Method and apparatus for adjusting the wavelength in an optical device and laser using the method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264908A true JPH05264908A (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=8209263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5027256A Pending JPH05264908A (ja) | 1992-01-24 | 1993-01-22 | 光装置の波長調整方法・装置および該方法を用いたレーザ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5331651A (ja) |
| EP (1) | EP0552394B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05264908A (ja) |
| DE (1) | DE69200586T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105048279A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-11-11 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于碱金属蒸汽激光器泵浦的半导体激光光源输出装置 |
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