JPH05267768A - 波長可変型レーザ装置 - Google Patents
波長可変型レーザ装置Info
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- JPH05267768A JPH05267768A JP6475292A JP6475292A JPH05267768A JP H05267768 A JPH05267768 A JP H05267768A JP 6475292 A JP6475292 A JP 6475292A JP 6475292 A JP6475292 A JP 6475292A JP H05267768 A JPH05267768 A JP H05267768A
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- reflection mirror
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/0811—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
- H01S3/0812—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection using a diffraction grating
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
- H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
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- H01S5/143—Littman-Metcalf configuration, e.g. laser - grating - mirror
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】回転鏡や全反射鏡、回折格子がそれぞれ作る平
面を１軸に交差させる必要がなく、アライメント軸調整
が容易で、広波長範囲に亘りシングルモードでレーザ光
の波長走査ができる波長可変型レーザ装置を提供する。 【構成】所要の回転軸１５を中心として回転可能な回転
鏡１０と全反射鏡１２とを、回折格子１１の高次の回折
方向および入射方向に設置し、回折格子１１と全反射鏡
１２の間にレーザ媒質１８を設置した波長可変型レーザ
装置において、回折格子１１の表面が作る面が回転軸中
心を通るように設定し、回転鏡１０と全反射鏡１２の反
射面からの法線が回折格子１１上で交わる点をＧとし、
全反射鏡１２の反射面から交点Ｇまでの距離をＬf 、回
転軸中心から回転鏡１０の反射面が作る平面上までの距
離をＲf 、前記交点Ｇから回転軸中心までの距離をＬp
としたとき、次式 の関係を満足すべくアライメントさせる。
面を１軸に交差させる必要がなく、アライメント軸調整
が容易で、広波長範囲に亘りシングルモードでレーザ光
の波長走査ができる波長可変型レーザ装置を提供する。 【構成】所要の回転軸１５を中心として回転可能な回転
鏡１０と全反射鏡１２とを、回折格子１１の高次の回折
方向および入射方向に設置し、回折格子１１と全反射鏡
１２の間にレーザ媒質１８を設置した波長可変型レーザ
装置において、回折格子１１の表面が作る面が回転軸中
心を通るように設定し、回転鏡１０と全反射鏡１２の反
射面からの法線が回折格子１１上で交わる点をＧとし、
全反射鏡１２の反射面から交点Ｇまでの距離をＬf 、回
転軸中心から回転鏡１０の反射面が作る平面上までの距
離をＲf 、前記交点Ｇから回転軸中心までの距離をＬp
としたとき、次式 の関係を満足すべくアライメントさせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ分光分析装置等
に用いられる波長可変型レーザ装置に係り、特に広い波
長範囲でシングルモード状態を維持してレーザ光の波長
走査ができる波長可変型レーザ装置に関する。
に用いられる波長可変型レーザ装置に係り、特に広い波
長範囲でシングルモード状態を維持してレーザ光の波長
走査ができる波長可変型レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ分光分析装置は、薬品開発、公害
研究、材料開発から医学、物理学、化学の研究に広く応
用されており、このレーザ分光分析装置に用いられるレ
ーザ光源として、Liu 氏とLittman 氏の発明に係る、い
わゆるリットマン型色素レーザ装置が知られている。
研究、材料開発から医学、物理学、化学の研究に広く応
用されており、このレーザ分光分析装置に用いられるレ
ーザ光源として、Liu 氏とLittman 氏の発明に係る、い
わゆるリットマン型色素レーザ装置が知られている。
【０００３】このリットマン型色素レーザ装置は、図４
に示すように、回転鏡１、回折格子２および全反射鏡３
からレーザ共振器４を構成し、このレーザ共振器４の回
折格子２と全反射鏡３の間に色素セル５が設置される。
に示すように、回転鏡１、回折格子２および全反射鏡３
からレーザ共振器４を構成し、このレーザ共振器４の回
折格子２と全反射鏡３の間に色素セル５が設置される。
【０００４】この色素レーザ装置を動作させるには、回
転鏡１の反射面が作る平面と、回折格子２の表面が作る
平面と、全反射鏡３の反射面が作る平面が正確に１軸に
交わるように微調整を行なう必要がある。この軸を回転
軸６という。
転鏡１の反射面が作る平面と、回折格子２の表面が作る
平面と、全反射鏡３の反射面が作る平面が正確に１軸に
交わるように微調整を行なう必要がある。この軸を回転
軸６という。
【０００５】そして、この色素レーザ装置の色素セル５
にＹＡＧレーザや銅蒸気レーザ、エキシマレーザ等から
強力な励起光（通常はパルス状のレーザ光）を照射させ
ると、照射された励起光が色素セル５内の色素を励起さ
せ、回転鏡１と回折格子２を介した全反射鏡３とのレー
ザ共振器４間で光共振させ、シングルモード発振のレー
ザ光が得られる。
にＹＡＧレーザや銅蒸気レーザ、エキシマレーザ等から
強力な励起光（通常はパルス状のレーザ光）を照射させ
ると、照射された励起光が色素セル５内の色素を励起さ
せ、回転鏡１と回折格子２を介した全反射鏡３とのレー
ザ共振器４間で光共振させ、シングルモード発振のレー
ザ光が得られる。
【０００６】一方、リットマン型色素レーザ装置におい
て、回転鏡１を回転軸６を回転中心として回転させる
と、レーザ共振器４の共振器長Ｌ（Ｌf ＋Ｌt ）および
回折格子２への回転鏡１側からの入射角が同時に変化す
るが、この変化条件がレーザ波長の半波長の整数倍であ
るとき、シングルモード状態を崩さずに発振レーザ光の
波長を走査できることが知られている。
て、回転鏡１を回転軸６を回転中心として回転させる
と、レーザ共振器４の共振器長Ｌ（Ｌf ＋Ｌt ）および
回折格子２への回転鏡１側からの入射角が同時に変化す
るが、この変化条件がレーザ波長の半波長の整数倍であ
るとき、シングルモード状態を崩さずに発振レーザ光の
波長を走査できることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のLittman 型色素
レーザ装置において、回転鏡１の反射面が作る平面と回
折格子２の表面が作る平面と、全反射鏡３の反射面が作
る平面を１軸に正確に交わらせ、この軸を回転軸６とす
ることは、色素レーザ装置の各光学素子に非常に高精度
の機械的加工精度が要求される一方、色素レーザ装置の
アライメント軸調整のための微調整が非常に困難であ
り、レーザ発振の調整に多大な労力と時間が必要であっ
た。
レーザ装置において、回転鏡１の反射面が作る平面と回
折格子２の表面が作る平面と、全反射鏡３の反射面が作
る平面を１軸に正確に交わらせ、この軸を回転軸６とす
ることは、色素レーザ装置の各光学素子に非常に高精度
の機械的加工精度が要求される一方、色素レーザ装置の
アライメント軸調整のための微調整が非常に困難であ
り、レーザ発振の調整に多大な労力と時間が必要であっ
た。
【０００８】また、色素レーザ装置を微調整し、非常な
労力をかけて３平面を１軸に交差させ、シングルモード
のレーザ発振を達成しても、回転軸６廻りに回転鏡３を
回転させてレーザ発振波長を走査しようとすると、少し
の回転操作で軸ずれが生じ、シングルモードのレーザ発
振が停止してしまい、広い波長域に渡ってレーザ光の波
長可変走査を行なうことが不可能であった。従来の色素
レーザ装置では、シングルモードで波長可変走査できる
レーザ光の波長域は３０cm-1程度であった。
労力をかけて３平面を１軸に交差させ、シングルモード
のレーザ発振を達成しても、回転軸６廻りに回転鏡３を
回転させてレーザ発振波長を走査しようとすると、少し
の回転操作で軸ずれが生じ、シングルモードのレーザ発
振が停止してしまい、広い波長域に渡ってレーザ光の波
長可変走査を行なうことが不可能であった。従来の色素
レーザ装置では、シングルモードで波長可変走査できる
レーザ光の波長域は３０cm-1程度であった。
【０００９】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
もので、その目的は回転鏡や全反射鏡、回折格子がそれ
ぞれ作る平面を１軸に交差させる必要がなく、アライメ
ント軸調整が容易で、しかも広い波長範囲に亘ってシン
グルモードでレーザ光の波長走査ができる波長可変型レ
ーザ装置を提供することにある。
もので、その目的は回転鏡や全反射鏡、回折格子がそれ
ぞれ作る平面を１軸に交差させる必要がなく、アライメ
ント軸調整が容易で、しかも広い波長範囲に亘ってシン
グルモードでレーザ光の波長走査ができる波長可変型レ
ーザ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る波長可変型
レーザ装置は、上述した課題を解決するために、請求項
１に記載したように、所要の回転軸を中心として回転可
能な回転鏡と全反射鏡とを、回折格子の高次の回折方向
および入射方向に設置し、上記回折格子と全反射鏡の間
にレーザ媒質を設置した波長可変型レーザ装置におい
て、回折格子の表面が作る面が前記回転軸中心を通るよ
うに設定するとともに、前記回転鏡と全反射鏡の反射面
からの法線が回折格子上で交わる点をＧとし、全反射鏡
の反射面から交点Ｇまでの距離をＬf 、回転軸中心から
回転鏡の反射面が作る平面上までの距離をＲf 、前記交
点Ｇから回転軸中心までの距離をＬp としたとき、
レーザ装置は、上述した課題を解決するために、請求項
１に記載したように、所要の回転軸を中心として回転可
能な回転鏡と全反射鏡とを、回折格子の高次の回折方向
および入射方向に設置し、上記回折格子と全反射鏡の間
にレーザ媒質を設置した波長可変型レーザ装置におい
て、回折格子の表面が作る面が前記回転軸中心を通るよ
うに設定するとともに、前記回転鏡と全反射鏡の反射面
からの法線が回折格子上で交わる点をＧとし、全反射鏡
の反射面から交点Ｇまでの距離をＬf 、回転軸中心から
回転鏡の反射面が作る平面上までの距離をＲf 、前記交
点Ｇから回転軸中心までの距離をＬp としたとき、
【数２】 の関係が成立するようにアライメントさせたものであ
る。
る。
【００１１】また、上述した課題を解決するために、本
発明の波長可変型レーザ装置は、請求項２に記載したよ
うに、全反射鏡と回折格子を架台上に間隔をおいて設置
し、前記全反射鏡および回折格子に微調整機構をそれぞ
れ設けたり、請求項３に記載したように、レーザ媒質は
色素、広いレーザ発振帯域を有する固体および半導体の
中から選択されるようにしたものである。
発明の波長可変型レーザ装置は、請求項２に記載したよ
うに、全反射鏡と回折格子を架台上に間隔をおいて設置
し、前記全反射鏡および回折格子に微調整機構をそれぞ
れ設けたり、請求項３に記載したように、レーザ媒質は
色素、広いレーザ発振帯域を有する固体および半導体の
中から選択されるようにしたものである。
【００１２】
【作用】この波長可変型レーザ装置においては、回折格
子の表面が作る面が回転軸中心を通るように設定すると
ともに、
子の表面が作る面が回転軸中心を通るように設定すると
ともに、
【数３】 の関係が成立するようにアライメント軸調整したので、
回転鏡と全反射鏡の調整に大きな自由度を有し、アライ
メント軸調整が極めて容易で、しかも広い波長範囲をシ
ングルモードで波長走査することができる。
回転鏡と全反射鏡の調整に大きな自由度を有し、アライ
メント軸調整が極めて容易で、しかも広い波長範囲をシ
ングルモードで波長走査することができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明に係る波長可変型レーザ装置の
一実施例について添付図面を参照して説明する。
一実施例について添付図面を参照して説明する。
【００１４】図１は本発明の波長可変型レーザ装置の構
成例を示す原理図である。この波長可変型レーザ装置は
図示しない回転ステージ（回転テーブル）上に固定され
た回転鏡１０と、上記回転ステージから独立した架台
（図示せず）に固定された回折格子１１および全反射鏡
１２とからレーザ共振器１３が構成される。回転鏡１０
と全反射鏡１２とは回折格子１１の高次の回折方向と入
射方向にそれぞれ設置される一方、回転鏡１０は回転軸
１５廻りに回転可能に支持される。回折格子１１の高次
の回折方向と入射方向は発振されるレーザ光の波長によ
り一義的に定められる。回折格子１１と全反射鏡１２は
並進機構等の微調整機構１６，１７により微調整自在に
支持される。
成例を示す原理図である。この波長可変型レーザ装置は
図示しない回転ステージ（回転テーブル）上に固定され
た回転鏡１０と、上記回転ステージから独立した架台
（図示せず）に固定された回折格子１１および全反射鏡
１２とからレーザ共振器１３が構成される。回転鏡１０
と全反射鏡１２とは回折格子１１の高次の回折方向と入
射方向にそれぞれ設置される一方、回転鏡１０は回転軸
１５廻りに回転可能に支持される。回折格子１１の高次
の回折方向と入射方向は発振されるレーザ光の波長によ
り一義的に定められる。回折格子１１と全反射鏡１２は
並進機構等の微調整機構１６，１７により微調整自在に
支持される。
【００１５】また、レーザ共振器１３を構成する回折格
子１１と全反射鏡１２の間に、レーザ発振作用を有し、
広い波長域で発振可能なレーザ媒質１８が設置される。
レーザ媒質１８には、ＤＣＭ、ローダミン６Ｇ等の色素
を用いた色素セルや、アレキサンドライトやチタンサフ
ァイヤ等の固体、半導体などがある。
子１１と全反射鏡１２の間に、レーザ発振作用を有し、
広い波長域で発振可能なレーザ媒質１８が設置される。
レーザ媒質１８には、ＤＣＭ、ローダミン６Ｇ等の色素
を用いた色素セルや、アレキサンドライトやチタンサフ
ァイヤ等の固体、半導体などがある。
【００１６】一方、回折格子１１は並進可能な微調整機
構１６により微調整され、回折格子１１の表面が作る平
面が回転鏡１０の回転軸１５中心を通るように調節され
る。また、全反射鏡１２は並進機構を兼ねる微調整機構
１７により調整される。回折格子１１の微調整機構１６
は、回転鏡１０を回転軸１５廻りに回転させることに伴
って、レーザ発振がシングルモードからマルチモードに
変化するのを防止し、レーザ発振をシングルモード化さ
せている。シングルモードになりにくければ、全反射鏡
１２を微調整機構（並進機構）１７により微調整させて
シングルモード化を図っている。
構１６により微調整され、回折格子１１の表面が作る平
面が回転鏡１０の回転軸１５中心を通るように調節され
る。また、全反射鏡１２は並進機構を兼ねる微調整機構
１７により調整される。回折格子１１の微調整機構１６
は、回転鏡１０を回転軸１５廻りに回転させることに伴
って、レーザ発振がシングルモードからマルチモードに
変化するのを防止し、レーザ発振をシングルモード化さ
せている。シングルモードになりにくければ、全反射鏡
１２を微調整機構（並進機構）１７により微調整させて
シングルモード化を図っている。
【００１７】次に、波長可変型レーザ装置がシングルモ
ードのレーザ発振を行ない、シングルモードのまま波長
可変できる条件を説明する。
ードのレーザ発振を行ない、シングルモードのまま波長
可変できる条件を説明する。
【００１８】図１に示される波長可変型レーザ装置で、
回転鏡１０の反射面から立てた法線と全反射鏡１２の反
射面から立てた法線が回折格子１１上で交わる点をＧ、
回転鏡１０の法線の始点をＭ、全反射鏡１２の法線の始
点をＮとする。回転鏡１０の反射面が作る平面と回折格
子１１の表面が作る平面との交わる軸をＰとする。そし
て、線分ＧＰとＭＰから線分ＧＯとＭＯがずれたずれ角
度＜ＰＧＯ＝α、＜ＰＭＯ＝βとし、回転角＜ＭＯＧ＝
θとする（Liu 氏とLittman 氏の色素レーザ装置でα＝
β＝０である）。
回転鏡１０の反射面から立てた法線と全反射鏡１２の反
射面から立てた法線が回折格子１１上で交わる点をＧ、
回転鏡１０の法線の始点をＭ、全反射鏡１２の法線の始
点をＮとする。回転鏡１０の反射面が作る平面と回折格
子１１の表面が作る平面との交わる軸をＰとする。そし
て、線分ＧＰとＭＰから線分ＧＯとＭＯがずれたずれ角
度＜ＰＧＯ＝α、＜ＰＭＯ＝βとし、回転角＜ＭＯＧ＝
θとする（Liu 氏とLittman 氏の色素レーザ装置でα＝
β＝０である）。
【００１９】また、回折格子１１の回折面の交点Ｇから
の法線と全反射鏡１２からの入射光がなす角度をｘ、上
記法線と回転鏡１０への回折光がなす角度（回折角度）
をψとする。
の法線と全反射鏡１２からの入射光がなす角度をｘ、上
記法線と回転鏡１０への回折光がなす角度（回折角度）
をψとする。
【００２０】今、回転軸１５中心から回転鏡１０の反射
面が作る平面へ下した法線の交点をＱとし、
面が作る平面へ下した法線の交点をＱとし、
【外１】
【００２１】また、回転軸１５から線分ＧＭ上に下した
法線との交点をＭ1 とし、ＧＭ＜ＧＭ1 ならば、Ｒf を
負の値とする。
法線との交点をＭ1 とし、ＧＭ＜ＧＭ1 ならば、Ｒf を
負の値とする。
【００２２】この波長可変型レーザ装置は回転鏡１０が
回転ステージ（テーブル）に固定されているため、Ｒf
は回転鏡１０の固定により一義的に定まり、不変の一定
値に保たれる。このため、点Ｑは、回転鏡１０の回転に
伴い、回転軸１５の廻りを｜Ｒf ｜の半径で回転動作せ
しめられる。
回転ステージ（テーブル）に固定されているため、Ｒf
は回転鏡１０の固定により一義的に定まり、不変の一定
値に保たれる。このため、点Ｑは、回転鏡１０の回転に
伴い、回転軸１５の廻りを｜Ｒf ｜の半径で回転動作せ
しめられる。
【００２３】この構成条件で回折格子１１の波長選択と
シングルモード発振可能となる条件を検討する。
シングルモード発振可能となる条件を検討する。
【００２４】波長可変型レーザ装置からのレーザ発振波
長λは、回折格子１１の回折条件から
長λは、回折格子１１の回折条件から
【数４】
【００２５】ここで、線分ＯＭと線分ＰＧとの交点をＳ
とし、三角形ＭＰＳと三角形ＯＧＳに着目すると、
とし、三角形ＭＰＳと三角形ＯＧＳに着目すると、
【数５】＜ＰＭＯ＋＜ＭＰＳ＝＜ＳＯＧ＋＜ＳＧＯ が成立する。
【００２６】すなわち、
【数６】θ−β＝ψ−α ……（２） となる。
【００２７】一方、レーザ共振器１３は、シングルモー
ド発振の条件から、共振器長Ｌは次式で表わされる。
ド発振の条件から、共振器長Ｌは次式で表わされる。
【００２８】
【数７】
【００２９】（１）〜（３）式を参照して波長可変型レ
ーザ装置がシングルモード発振条件｛（Ｎ・λ）／２｝
を保って波長走査できるレーザ共振器１３の長さＬの条
件は、
ーザ装置がシングルモード発振条件｛（Ｎ・λ）／２｝
を保って波長走査できるレーザ共振器１３の長さＬの条
件は、
【数８】 Ｌ＝Ｎ・λ／２＋ΔＬf −ΔＬg ……（４） ここに、
【数９】 Ｎ＝２・（ｄ／ｍ）・Ｌp ・ cosα ……（５）
【数１０】
【数１１】 ΔＬg ＝Ｌp ・ sinα・ cosψ ……（７） で表わされる。
【００３０】（４）式の右辺を参照すると、波長可変型
レーザ装置の共振器長Ｌは、３つの項の寄与で表現され
る。
レーザ装置の共振器長Ｌは、３つの項の寄与で表現され
る。
【００３１】第１項の（Ｎ・λ）／２は、波長可変型レ
ーザ装置がシングルモードの波長可変走査を可能とする
項であり、第２項のΔＬf および第３項のΔＬg は、シ
ングルモードの波長走査をスポイルするミスアライメン
トの項である。
ーザ装置がシングルモードの波長可変走査を可能とする
項であり、第２項のΔＬf および第３項のΔＬg は、シ
ングルモードの波長走査をスポイルするミスアライメン
トの項である。
【００３２】第２項および第３項の合計が０であれば、
レーザ共振器１３の共振器長Ｌは、波長走査に対して特
定のＮをもって半波長に比例した条件を維持することが
可能となり、シングルモード状態を保って波長可変走査
ができることを表わしている。この場合、Ｎはレーザの
縦モード数となる。
レーザ共振器１３の共振器長Ｌは、波長走査に対して特
定のＮをもって半波長に比例した条件を維持することが
可能となり、シングルモード状態を保って波長可変走査
ができることを表わしている。この場合、Ｎはレーザの
縦モード数となる。
【００３３】一方、第２項のΔＬf は、レーザ共振器１
３の初期設定で一義的に決定される値であり、このΔＬ
f の値は、波長可変走査（回転鏡１０の回転操作）とは
独立に設定できる。
３の初期設定で一義的に決定される値であり、このΔＬ
f の値は、波長可変走査（回転鏡１０の回転操作）とは
独立に設定できる。
【００３４】また、第３項のΔＬg は、 sinα＝０でな
ければ、波長走査に対して変化するものとなるが、 cos
ψは（１）式から解るように、波長に比例しないので、
波長走査に対して第１項とは全く異なる振舞をする。
ければ、波長走査に対して変化するものとなるが、 cos
ψは（１）式から解るように、波長に比例しないので、
波長走査に対して第１項とは全く異なる振舞をする。
【００３５】波長可変型レーザ装置は、以上の検討か
ら、シングルモード波長走査の条件は、（４）式におい
て、第２項および第３項の合計が常に０になること、す
なわち、ΔＬf ＝０、ΔＬg ＝０の条件が成立すること
であり、このためには、
ら、シングルモード波長走査の条件は、（４）式におい
て、第２項および第３項の合計が常に０になること、す
なわち、ΔＬf ＝０、ΔＬg ＝０の条件が成立すること
であり、このためには、
【数１２】α＝０ ……（８）
【数１３】 が、連続的にシングルモードで波長走査できる一般的な
レーザ共振器のアライメント調整条件となる。
レーザ共振器のアライメント調整条件となる。
【００３６】（８）および（９）式を満足する波長可変
型レーザ装置のベストモードの一例を図２に示す。図１
と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
型レーザ装置のベストモードの一例を図２に示す。図１
と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３７】（８）式は回折格子１１のアライメント調
整の基本となるもので、回折格子１１の表面が作る面は
確実に回転軸１５を通らなければならないことを示して
いる。
整の基本となるもので、回折格子１１の表面が作る面は
確実に回転軸１５を通らなければならないことを示して
いる。
【００３８】一方、回転鏡１０や、全反射鏡１２のアラ
イメントはさらに自由度があり、回転鏡１０および全反
射鏡１２の反射面の作る平面は、回転軸１５を通る必要
がないことが判明した（但し、Ｌf ＋Ｒf ＝Ｌp となる
ように微調整が必要である）。このため、回転鏡１０や
全反射鏡１２の設置の自由度が大きくなり、また、従来
の波長可変型レーザ装置のように回転鏡１０が回転軸心
を通るようにセットしたり、機械加工する必要がないの
で加工精度上の自由度も大きくなる。
イメントはさらに自由度があり、回転鏡１０および全反
射鏡１２の反射面の作る平面は、回転軸１５を通る必要
がないことが判明した（但し、Ｌf ＋Ｒf ＝Ｌp となる
ように微調整が必要である）。このため、回転鏡１０や
全反射鏡１２の設置の自由度が大きくなり、また、従来
の波長可変型レーザ装置のように回転鏡１０が回転軸心
を通るようにセットしたり、機械加工する必要がないの
で加工精度上の自由度も大きくなる。
【００３９】したがって、この波長可変型レーザ装置で
は、回折格子１１に図１に示すような並進機構を有した
微調整機構１６を設け、回転軸１５に回折格子１１の表
面の作る面を正確に合せるように工夫されている。
は、回折格子１１に図１に示すような並進機構を有した
微調整機構１６を設け、回転軸１５に回折格子１１の表
面の作る面を正確に合せるように工夫されている。
【００４０】また、全反射鏡１２にも微調整機構１７と
して並進機構を設け、共振器長Ｌ（Ｌf ＋Ｌt ）を微調
整できるようにして（９）式が成立できるように工夫さ
れている。なお、光路ＮＧにはレーザ媒質１８等の光学
素子が挿入される。このような光学素子は通常、大気の
屈折率（約１．０）より大きな屈折率を有するため、Ｎ
Ｇ間の光路長はＮＧ間の幾何学的距離Ｌf に比べて長く
なる。このような場合、（９）式における距離Ｌf とし
はて実質的な光路長をとらなければならない。この光学
素子の挿入による光路長Ｌf の変化は、全反射鏡１２、
回転軸１０の一方もしくは両方の位置を微調整機構１７
を用いて回折格子１１に近付け、補償することにより行
なわれる。
して並進機構を設け、共振器長Ｌ（Ｌf ＋Ｌt ）を微調
整できるようにして（９）式が成立できるように工夫さ
れている。なお、光路ＮＧにはレーザ媒質１８等の光学
素子が挿入される。このような光学素子は通常、大気の
屈折率（約１．０）より大きな屈折率を有するため、Ｎ
Ｇ間の光路長はＮＧ間の幾何学的距離Ｌf に比べて長く
なる。このような場合、（９）式における距離Ｌf とし
はて実質的な光路長をとらなければならない。この光学
素子の挿入による光路長Ｌf の変化は、全反射鏡１２、
回転軸１０の一方もしくは両方の位置を微調整機構１７
を用いて回折格子１１に近付け、補償することにより行
なわれる。
【００４１】次に、波長可変型レーザ装置の作用につい
て説明する。
て説明する。
【００４２】この波長可変型レーザ装置を動作させるに
は、回転鏡１０、回折格子１１、全反射鏡１２を架台よ
り垂直に直立させて調整する。このための調整として
は、公知の技術であるアライメント用のレーザ光を用い
るのが望ましい。
は、回転鏡１０、回折格子１１、全反射鏡１２を架台よ
り垂直に直立させて調整する。このための調整として
は、公知の技術であるアライメント用のレーザ光を用い
るのが望ましい。
【００４３】次に、回折格子１１の表面が作る面が回転
軸１５の中心を通過するように回折格子１１の微調整機
構１６を用いてアライメント調整（粗調）を行ない、α
＝０の条件を満足させる。このアライメント調整も公知
の技術にあるアライメント用レーザ光を用いるのが望ま
しい。
軸１５の中心を通過するように回折格子１１の微調整機
構１６を用いてアライメント調整（粗調）を行ない、α
＝０の条件を満足させる。このアライメント調整も公知
の技術にあるアライメント用レーザ光を用いるのが望ま
しい。
【００４４】このアライメント調整状態で、レーザ媒質
１８に励起光Ｂを入射させる。励起光Ｂには通常パルス
状レーザ光を用い、ＹＡＧレーザの第２高調波レーザや
銅蒸気レーザ、Ｎ2 レーザ、エキシマレーザ等を用い
る。レーザ媒質１８が半導体レーザの場合、電流を流
し、この通電状態で、レーザが発振するが、必ずしもシ
ングルモード発振はしないので、全反射鏡１２を並進機
構等の微調整機構１７を用いて微調整し、シングルモー
ド発振させる。
１８に励起光Ｂを入射させる。励起光Ｂには通常パルス
状レーザ光を用い、ＹＡＧレーザの第２高調波レーザや
銅蒸気レーザ、Ｎ2 レーザ、エキシマレーザ等を用い
る。レーザ媒質１８が半導体レーザの場合、電流を流
し、この通電状態で、レーザが発振するが、必ずしもシ
ングルモード発振はしないので、全反射鏡１２を並進機
構等の微調整機構１７を用いて微調整し、シングルモー
ド発振させる。
【００４５】このシングルモードのレーザ発振状態で、
回転鏡１０を回転軸１５の廻りに極く僅か回転させる。
この回転鏡１０の回転に伴ってレーザ発振が、シングル
モードからマルチモードに変化するならば、微調整機構
１６を動かし（並進動作が望ましい）、発振をシングル
モード化させる。このとき、シングルモードになりにく
ければ他の並進機構である微調整機構１７を協働させて
僅かに調整する。
回転鏡１０を回転軸１５の廻りに極く僅か回転させる。
この回転鏡１０の回転に伴ってレーザ発振が、シングル
モードからマルチモードに変化するならば、微調整機構
１６を動かし（並進動作が望ましい）、発振をシングル
モード化させる。このとき、シングルモードになりにく
ければ他の並進機構である微調整機構１７を協働させて
僅かに調整する。
【００４６】この調整状態でまた回転鏡１０を回転軸１
５の廻りに僅かに動かし、同様の調整を行なう。
５の廻りに僅かに動かし、同様の調整を行なう。
【００４７】２〜３回この調整を行なうことで、回折格
子１１の表面が作る面は、回転軸１５を通りしかも共振
器長Ｌがシングルモード発振を満足する条件になる。つ
まり、（８）式および（９）式の条件が同時に満足され
る。この状態で、回転鏡１０を回転軸１５を中心として
回転すれば、シングルモード状態を維持したまま広い波
長域で波長走査が可能になる。
子１１の表面が作る面は、回転軸１５を通りしかも共振
器長Ｌがシングルモード発振を満足する条件になる。つ
まり、（８）式および（９）式の条件が同時に満足され
る。この状態で、回転鏡１０を回転軸１５を中心として
回転すれば、シングルモード状態を維持したまま広い波
長域で波長走査が可能になる。
【００４８】この波長走査状態で、一例として、励起光
としてＹＡＧレーザの第２高調波を用い、レーザ媒質と
してＤＣＭ等の色素セルを用いた実験において発振波長
６３３nmを中心として１９０cm-1の波長走査が可能とな
った。このとき色素であるＤＣＭの溶媒はアルコールで
あった。
としてＹＡＧレーザの第２高調波を用い、レーザ媒質と
してＤＣＭ等の色素セルを用いた実験において発振波長
６３３nmを中心として１９０cm-1の波長走査が可能とな
った。このとき色素であるＤＣＭの溶媒はアルコールで
あった。
【００４９】シングルモード発振している波長可変型レ
ーザ装置からのレーザ光を凹レンズで拡散ビームとし
て、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）１cm-1、フィネス２
０の平行平面のエタロンを通して得られる干渉パターン
を１次元のＣＣＤ検出器でモード測定した結果を図３
（Ａ），（Ｂ）に示す。この図３（Ａ），（Ｂ）から明
らかなように、発振レーザ光の波形に分割が見られず、
レーザ発振はシングルモード化されていることが解る。
この実施例で使用した回折格子１１の一実施例は、２４
００本／mmのホログラフィックレーティングであり、Ｄ
ＣＭ色素の濃度は６×１０-4mol/ｌ、共振器長Ｌは〜５
cmであった。
ーザ装置からのレーザ光を凹レンズで拡散ビームとし
て、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）１cm-1、フィネス２
０の平行平面のエタロンを通して得られる干渉パターン
を１次元のＣＣＤ検出器でモード測定した結果を図３
（Ａ），（Ｂ）に示す。この図３（Ａ），（Ｂ）から明
らかなように、発振レーザ光の波形に分割が見られず、
レーザ発振はシングルモード化されていることが解る。
この実施例で使用した回折格子１１の一実施例は、２４
００本／mmのホログラフィックレーティングであり、Ｄ
ＣＭ色素の濃度は６×１０-4mol/ｌ、共振器長Ｌは〜５
cmであった。
【００５０】この波長可変型レーザ装置では、回転鏡１
０と全反射鏡１２は、その反射面が作る平面が回転鏡１
０の回転軸１５を通過するという従来例のような調整上
の制約を受けない。また、回折格子１１の調整も並進可
能な微調整機構１６で実行可能でかつレーザ共振器１３
の調整も全反射鏡１２の微調整機構１６としての並進機
構のみで行ない得る。
０と全反射鏡１２は、その反射面が作る平面が回転鏡１
０の回転軸１５を通過するという従来例のような調整上
の制約を受けない。また、回折格子１１の調整も並進可
能な微調整機構１６で実行可能でかつレーザ共振器１３
の調整も全反射鏡１２の微調整機構１６としての並進機
構のみで行ない得る。
【００５１】このことから、従来例のように３つの光学
素子の表面の延長面を１つの回転軸を通るように正確に
合せる非常に難しい微調整が不要となり、安価で調整が
簡単しかも高性能な波長可変シングルモードレーザが実
現できる。
素子の表面の延長面を１つの回転軸を通るように正確に
合せる非常に難しい微調整が不要となり、安価で調整が
簡単しかも高性能な波長可変シングルモードレーザが実
現できる。
【００５２】また、回転鏡１０と全反射鏡１２の位置関
係に自由度があるため、回折格子１１と全反射鏡１２と
の間の距離を長くとることができ、その間にレーザ媒質
１８以外に光学素子、例えばＥ／Ｏモジュレータ、ポッ
ケルスセルなどを挿入できる利点がある。
係に自由度があるため、回折格子１１と全反射鏡１２と
の間の距離を長くとることができ、その間にレーザ媒質
１８以外に光学素子、例えばＥ／Ｏモジュレータ、ポッ
ケルスセルなどを挿入できる利点がある。
【００５３】この波長可変型レーザ装置は、回転鏡１０
と全反射鏡１２の調整に自由度があるため、アライメン
ト軸調整が極めて容易で、広い波長範囲をシングルモー
ドを保って波長走査できる。さらにこの自由度があるた
め、全反射鏡１２と回折格子１１間の距離を長くとれ、
この間に他の光学素子を挿入して、変調その他の制御が
し易くなる。この波長可変型レーザ装置では、１９０cm
-1程度までシングルモードで波長可変走査が可能な画期
的性能を有することが判った。
と全反射鏡１２の調整に自由度があるため、アライメン
ト軸調整が極めて容易で、広い波長範囲をシングルモー
ドを保って波長走査できる。さらにこの自由度があるた
め、全反射鏡１２と回折格子１１間の距離を長くとれ、
この間に他の光学素子を挿入して、変調その他の制御が
し易くなる。この波長可変型レーザ装置では、１９０cm
-1程度までシングルモードで波長可変走査が可能な画期
的性能を有することが判った。
【００５４】
【発明の効果】以上に述べたように本発明においては、
回折格子の表面が作る面が前記回転軸中心を通るように
設定するとともに、前記回転鏡と全反射鏡の反射面から
の法線が回折格子上で交わる点をＧとし、全反射鏡の反
射面から交点Ｇまでの距離をＬf 、回転軸中心から回転
鏡の反射面が作る平面上までの距離をＲf 、前記交点Ｇ
から回転軸中心までの距離をＬp としたとき、
回折格子の表面が作る面が前記回転軸中心を通るように
設定するとともに、前記回転鏡と全反射鏡の反射面から
の法線が回折格子上で交わる点をＧとし、全反射鏡の反
射面から交点Ｇまでの距離をＬf 、回転軸中心から回転
鏡の反射面が作る平面上までの距離をＲf 、前記交点Ｇ
から回転軸中心までの距離をＬp としたとき、
【数１４】 の関係が成立するようにアライメントさせたので、回転
鏡と全反射鏡の調整に自由度を持たせることができ、ア
ライメント軸調整が従来の色素レーザ装置に比べ、極め
て容易で広い波長範囲をシングルモードを保った状態で
波長走査できる。
鏡と全反射鏡の調整に自由度を持たせることができ、ア
ライメント軸調整が従来の色素レーザ装置に比べ、極め
て容易で広い波長範囲をシングルモードを保った状態で
波長走査できる。
【図１】本発明に係る波長可変型レーザ装置の一実施例
を示す原理図。
を示す原理図。
【図２】本発明に係る波長可変型レーザ装置のベストモ
ード例を示す図。
ード例を示す図。
【図３】（Ａ）は本発明の波長可変型レーザ装置により
得られるシングルモードのレーザ光の観測例を示す図、
（Ｂ）は図３（Ａ）の左半分を拡大して示す図。
得られるシングルモードのレーザ光の観測例を示す図、
（Ｂ）は図３（Ａ）の左半分を拡大して示す図。
【図４】従来の色素レーザ装置を示す図。
１０ 回転鏡 １１ 回折格子 １２ 全反射鏡 １５ 回転軸 １６，１７ 微調整機構 １８ レーザ媒質
Claims (3)
- 【請求項１】 所要の回転軸を中心として回転可能な回
転鏡と全反射鏡とを、回折格子の高次の回折方向および
入射方向に設置し、上記回折格子と全反射鏡の間にレー
ザ媒質を設置した波長可変型レーザ装置において、回折
格子の表面が作る面が前記回転軸中心を通るように設定
するとともに、前記回転鏡と全反射鏡の反射面からの法
線が回折格子上で交わる点をＧとし、全反射鏡の反射面
から交点Ｇまでの距離をＬf 、回転軸中心から回転鏡の
反射面が作る平面上までの距離をＲf 、前記交点Ｇから
回転軸中心までの距離をＬp としたとき、 【数１】 の関係が成立するようにアライメントさせたことを特徴
とする波長可変型レーザ装置。 - 【請求項２】 全反射鏡と回折格子を架台上に間隔をお
いて設置し、前記全反射鏡および回折格子に微調整機構
をそれぞれ設けた請求項１記載の波長可変型レーザ装
置。 - 【請求項３】 レーザ媒質は色素、広いレーザ発振帯域
を有する固体および半導体の中から選択される請求項１
記載の波長可変型レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06475292A JP3461848B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 波長可変型レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06475292A JP3461848B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 波長可変型レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267768A true JPH05267768A (ja) | 1993-10-15 |
| JP3461848B2 JP3461848B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=13267222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06475292A Expired - Lifetime JP3461848B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 波長可変型レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3461848B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0911924A2 (en) * | 1997-10-23 | 1999-04-28 | Ando Electric Co., Ltd. | External cavity laser type light source |
| EP0920094A1 (en) * | 1997-11-28 | 1999-06-02 | Ando Electric Co., Ltd. | Variable wavelength laser light source |
| EP1202408A1 (en) * | 2001-06-01 | 2002-05-02 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Tuning a laser |
| US6597507B1 (en) | 1999-11-29 | 2003-07-22 | Ando Electric Co., Ltd. | V-groove grating mirror and external resonator type wavelength variable light source using the mirror |
| WO2001071861A3 (en) * | 2000-03-23 | 2003-08-07 | New Focus Inc | Continuously grating-tuned external cavity laser |
| WO2003098756A1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-27 | Agilent Technologies,Inc. | Laser cavity with variable dispersion element |
| JP2007019056A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Japan Atomic Energy Agency | 波長可変レーザー共振器及び波長掃引方法 |
| US7430227B2 (en) | 2002-04-30 | 2008-09-30 | Agilent Technologies, Inc. | Wavelength tunable laser source with parameter correction |
| CN107800027A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-03-13 | 北京航空航天大学 | 一种应对潜在失谐可能的谐振腔镜固定方法 |
| CN114937923A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-08-23 | 华中科技大学 | 一种外腔半导体激光器系统 |
-
1992
- 1992-03-23 JP JP06475292A patent/JP3461848B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0911924A2 (en) * | 1997-10-23 | 1999-04-28 | Ando Electric Co., Ltd. | External cavity laser type light source |
| EP0911924A3 (en) * | 1997-10-23 | 2000-04-26 | Ando Electric Co., Ltd. | External cavity laser type light source |
| EP1475868A3 (en) * | 1997-10-23 | 2005-07-20 | Ando Electric Co., Ltd. | External cavity laser |
| EP1475868A2 (en) * | 1997-10-23 | 2004-11-10 | Ando Electric Co., Ltd. | External cavity laser |
| EP0920094A1 (en) * | 1997-11-28 | 1999-06-02 | Ando Electric Co., Ltd. | Variable wavelength laser light source |
| US6047008A (en) * | 1997-11-28 | 2000-04-04 | Ando Electric Co., Ltd. | Variable wavelength laser light source |
| US6597507B1 (en) | 1999-11-29 | 2003-07-22 | Ando Electric Co., Ltd. | V-groove grating mirror and external resonator type wavelength variable light source using the mirror |
| WO2001071861A3 (en) * | 2000-03-23 | 2003-08-07 | New Focus Inc | Continuously grating-tuned external cavity laser |
| US6795454B2 (en) | 2001-06-01 | 2004-09-21 | Agilent Technologies, Inc. | Tuning a laser |
| EP1202408A1 (en) * | 2001-06-01 | 2002-05-02 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Tuning a laser |
| US7430227B2 (en) | 2002-04-30 | 2008-09-30 | Agilent Technologies, Inc. | Wavelength tunable laser source with parameter correction |
| WO2003098756A1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-27 | Agilent Technologies,Inc. | Laser cavity with variable dispersion element |
| JP2007019056A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Japan Atomic Energy Agency | 波長可変レーザー共振器及び波長掃引方法 |
| CN107800027A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-03-13 | 北京航空航天大学 | 一种应对潜在失谐可能的谐振腔镜固定方法 |
| CN114937923A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-08-23 | 华中科技大学 | 一种外腔半导体激光器系统 |
| CN114937923B (zh) * | 2022-07-21 | 2022-09-20 | 华中科技大学 | 一种外腔半导体激光器系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3461848B2 (ja) | 2003-10-27 |
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