JPH0555683A

JPH0555683A - 波長安定化光源装置

Info

Publication number: JPH0555683A
Application number: JP21370591A
Authority: JP
Inventors: Yukio Eda; 幸夫江田; Hiroshi Yugawa; 浩湯川; Hirohisa Fujimoto; 洋久藤本
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、波長変動の検出感度を増大でき、エ
タロンの許容値を大きくできて、波長安定化を図ること
ができる波長安定化光源装置を提供することを目的とす
る。【構成】本発明は、半導体レーザ光源１から発したレー
ザ光を光共振器５へ入射し、光共振器５の透過光量Ｉｔ
と反射光量Ｉｒとを検出し、その光量差（Ｉｔ−Ｉｒ）
に基づいて半導体レーザ光源１の波長を安定化させる波
長安定化光源装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いた測長
機の光源装置として利用でき、レーザ光の波長を安定化
させるための波長安定化光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光の干渉現象を利用して波長オー
ダーの高精度な測長を可能にしたレーザ干渉測長機が知
られている。かかるレーザ干渉測長機では、一般的にＨ
ｅ−Ｎｅレーザ等が使用されてきたが、最近、半導体レ
ーザ光源を光源として用いる試みもなされている。半導
体レーザ光源をレーザ干渉測長機の光源として使用する
ためには、波長を安定化させる必要がある。

【０００３】半導体レーザ光源は、注入電流及び温度に
よって波長が変化するため、例えばレーザダイオードの
温度を安定化させ、定電流駆動することによって、ある
程度安定化した波長を得ることができる。しかし、その
ような制御だけでは高い波長安定化を実現するのは難し
かった。そこで、光共振器による波長モニタ機能を持っ
た波長安定化光源装置が考えられている。かかる波長安
定化光源装置の構成例を図６に示す。

【０００４】この波長安定化光源装置は、レーザダイオ
ード１から発したレーザ光が、レンズ２でコリメートさ
れて光アイソレータ３を通る。光アイソレータ３は、光
を一方向にしか通さないため、戻り光がレーザダイオー
ド１へ入射するのが防止され、レーザダイオード１の出
力光が乱されることがない。光アイソレータ３を通った
光はビームスプリッター４で測長光とモニタ光に分離さ
れる。モニタ光は光共振器としてのエタロン５に入射
し、その透過光量がフォトダイオード６で検出される。

【０００５】ここで、ソリッドエタロンを例にエタロン
５の透過特性を説明する。エタロン５の平行な一対の反
射面間の距離をＬ、レーザ光の波長をλ、任意の整数を
ｍ、屈折率をｎとすると、入射レーザ光の波長λが、２
ｎＬ＝ｍλの条件を満足するとき、入射レーザ光はエタ
ロン５で最も透過率が高くなる。

【０００６】図６に示す波長安定化光源装置は、エタロ
ン５の透過光量が最大になるように、レーザダイオード
１の注入電流、自動温度コントローラ８の発熱量を制御
していた。これは、フィードバック制御部７がフォトダ
イオード６の出力信号（透過光量に比例）をモニタし
て、レーザダイオード１、自動温度コントローラ８にフ
ィードバック制御をかけることによって行われていた。
このように、従来はエタロン５の透過曲線のピークを波
長安定化点としていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、波長安定化
の精度をさらに上げるためには、エタロンの分解能（波
長を弁別する感度）をさらに上げることが考えられる。
エタロンの分解能を上げるためには、エタロンの反射率
Ｒを高くするか、もしくはエタロンの反射面間の距離Ｌ
を大きくすれば良い。

【０００８】図７には、エタロンの反射率Ｒを、１０
％，６０％，８０％，９５％と変化させたときの透過曲
線が示されている。同図に示すように、反射率Ｒが低い
ときには透過曲線のピーク部分がなだらかな曲線となる
ため、ピーク点とその前後の間の差が極めて小さいこと
から、ピーク点を波長安定化点としてロックするのが難
しいという問題がある。また、エタロンの反射率Ｒを９
５％付近まで高くすると、エタロン面精度や平行度の影
響により透過光量が著しく低下するため、これに応じて
検出感度も低下してしまい、波長安定化の精度を上げる
のは難しい。

【０００９】また、エタロンの反射面間の距離Ｌを大き
くすれば、例えば図７のエタロンに対して距離Ｌを２倍
にすると、例えば反射率Ｒが６０％，９５％における透
過曲線は図８に示すようになる。距離Ｌを２倍にするこ
とによって、反射率Ｒが６０％程度であっても、透過曲
線は急俊なピークを示す。しかし、距離Ｌを大きくする
と、それに応じて自由スーペクトル領域ＦＳＲが小さく
なり、隣接するピーク点に誤ってロックする可能性があ
る。

【００１０】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、波長変動の検出感度を増大でき、エタロンの
反射率を下げられ、かつエタロンの反射面間距離Ｌを大
きくすることなしに、波長安定化精度を向上させること
ができる波長安定化光源装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、半導体レーザ光源から発したレーザ光を光
共振器へ入射し、当該光共振器の透過光量を検出して、
前記半導体レーザ光源の波長の安定化に用いる波長安定
化光源装置において、前記光共振器の反射光量を検出し
て、当該反射光量と前記透過光量との光量差に基づいて
前記半導体レーザ光源の波長を安定化させる構成とし
た。

【００１２】

【作用】以上の手段が講じられた本発明によれば、光共
振器を透過した透過光量と、光共振器で反射した反射光
量とがそれぞれ検出され、両者の光量差が求められ、こ
の光量差に基づいて波長のフィードバック制御が行われ
る。この光量差を縦軸とし、波長を横軸にしたときの特
性曲線は、光共振器への入射光量を１とすれば、透過率
が最大の時にピークを示し、そのピーク点を挟む２点で
ゼロクロスする。このゼロクロス点は、光共振器への入
射光量に関係なく保存される。本発明では、その光量差
に基づいて波長のフィードバック制御が行われるため、
ゼロクロク点を波長安定化点として使用することができ
る。ゼロクロス点を波長安定化点として使用すると、ピ
ーク点をロックするのに比べて波長変動の検出感度が増
大し、光共振器の反射率を小さくできるので、光共振器
の面精度や平行度などの許容値が大きくなると共に、波
長安定化度の向上が容易に図られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には、本発明の一実施例に係る波長安定化光源装置が
示されている。なお、既に説明した図６に示す装置と同
一機能の部分には同一符号を付している。

【００１４】本実施例は、光アイソレータ３の出射面側
の光軸上に、偏光ビームスプリッター１１、λ／４板１
２がそれぞれ配置されている。偏光ビームスプリッター
１１は、光アイソレータ３からの入射光に対して、その
Ｓ偏光成分を反射して測長光となし、Ｐ偏光成分を透過
してモニタ光となす。このＰ偏光成分のモニタ光は、λ
／４板１２を通ってエタロン５に入射する。エタロン５
で反射された光は、再びλ／４板１２を通ることによっ
てＳ偏光となって偏光ビームスプリッター１１に入射す
る。このエタロン５側から入射したＳ偏光成分は偏光ビ
ームスプリッター１１で反射されることになる。この反
射光Ｉｒを受光する位置にフォトセンサ１３が配置され
ている。

【００１５】すなわち、本実施例では、エタロン５を透
過した透過光量Ｉｔは一方のフォトセンサ６で検出さ
れ、エタロン５で反射された反射光量Ｉｒは他方のフォ
トセンサ１３で検出される。

【００１６】エタロン５の透過光量Ｉｔと反射光量Ｉｒ
のそれぞれの検出信号は、減算器１４に入力される。減
算器１４は、両入力信号から（Ｉｔ−Ｉｒ）なる演算を
施し、その演算結果をフィードバック制御部１５に入力
する。フィードバック制御部１５は、図２に示すフロー
チャートに基づいて波長安定化制御を実施する機能を有
している。

【００１７】ところで、エタロン５に対する入射光量を
１とし、光損失量をＩａとすると、（Ｉｔ＋Ｉｒ＋Ｉ
ａ）＝１といった式が成立する。一方、エタロン５の透
過特性は上述した通りであるので、（Ｉｔ−Ｉｒ）曲線
は図３に示すように、ピーク点を挟んで両脇に２つのゼ
ロクロス点Ａ，Ｂが存在する。このゼロクロス点Ａ，Ｂ
は、エタロン入射光量に関係なく保存される。本実施例
では、このゼロクロス点の一方のＡ点を波長安定化点と
して使用している。以下、波長安定化点として一方のゼ
ロクロス点Ａにロックオンする場合の動作について、図
２〜図４を参照しながら説明する。今、初期状態とし
て、レーザダイオード１を温度制御して、図３に示す斜
線領域Ｓ内で波長を発振させる。点Ｐが現在の発振波長
の状態である。フィードバック制御部１５では、減算器
１４から入力する演算値（Ｉｔ−Ｉｒ）と一致度判定値
εとを比較する（ステップＳ１）。

【００１８】ここで、一致度判定値εは波長安定化点と
なるゼロクロス点Ａと現在値Ｐとの一致度を判定するた
めの判定パラメータであり、減算値（Ｉｔ−Ｉｒ）の絶
対値がε以内ならば、一致と判定する。

【００１９】図３に示す状態では、点Ｐはゼロクロス点
Ａから相当離れているので、ステップＳ２で、減算値
（Ｉｔ−Ｉｒ）の正負が判定される。図示状態では（Ｉ
ｔ−Ｉｒ）は負であるので、波長λが大きくなるよう
に、温度または注入電流が制御される（ステップＳ
３）。また、（Ｉｔ−Ｉｒ）が正の時には、波長λが小
さくなるように、温度または注入電流が制御される（ス
テップＳ４）。

【００２０】波長と温度との関係、または波長と注入電
流との間には、図４（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す関係が
ある。従って、フィードバック制御部１５は、ステップ
Ｓ３では、波長を大きくするために、レーザダイオード
１の温度を上昇させるように自動温度コントローラ８を
制御し、またはレーザダイオード１に供給する注入電流
を増大させる。

【００２１】また、逆にステップＳ４では、波長を小さ
くするために、レーザダイオード１の温度を下げるよう
に自動温度コントローラ８を制御し、またはレーザダイ
オード１に供給する注入電流を減少させる。

【００２２】以上の制御を実行することによって、（Ｉ
ｔ−Ｉｒ）の絶対値がε以内に収まり、ゼロクロス点Ａ
にロックオンされる。この結果、ゼロクロス点Ａにおけ
る波長に、レーザダイーオード１から出力されるレーザ
光の波長が安定化される。

【００２３】この様に本実施例によれば、エタロン５の
透過光量Ｉｔと反射光量Ｉｒとをそれぞれ検出して、光
量差（Ｉｔ−Ｉｒ）を求め、エタロン５への入射光量を
１としたときの（Ｉｔ−Ｉｒ）曲線のゼロクロス点を波
長安定化点として使用するようにしたので、透過率が最
大になるピーク点を波長安定化点とする場合に比べて、
（Ｉｔ−Ｉｒ）曲線の腹を使用するので波長変動の検出
感度を大幅に改善することができる。この結果、エタロ
ン５の反射率Ｒを下げることができ、エタロン５の面精
度，平行度などの許容値が大きくなるといった利点があ
る。さらに、エタロン５のＦＳＲを大きくしても、十分
な波長変動の検出感度が得られるので希望するＦＳＲを
自由に設計できる。

【００２４】なお、上記一実施例では、一方のゼロクロ
ス点Ａを波長安定化点として使用しているが、他方のゼ
ロクロス点Ｂを波長安定化点として使用することもでき
る。また、ゼロクロス点Ａ，Ｂにロックオンするのでは
なく、ゼロクロス点Ａ又はＢさらにはゼロクロス点Ａ，
Ｂに基づいて決められる所定の波長にロックオンさせる
ようにしてもよい。さらに、上記一実施例では、レーザ
ダイオード１の発振波長を、注入電流と温度の両方から
制御しているが、注入電流のみによる制御も可能であ
る。

【００２５】なお、上記一実施例では、偏光ビームスプ
リッター１１とλ／４板１２によって測長光とモニタ光
（エタロン入射光）とエタロン反射光と分離を行ってい
るが、図５に示すような構成によっても同様の機能を実
現することができる。

【００２６】これは、偏光ビームスプリッター１１に代
えてビームスプリッター４を設け、エタロン２１を所定
の角度に傾けて、エタロン入射光軸と反射光軸とに角度
を持たせ、エタロン反射光を直接フォトセンサ２２で受
光するようにしている。よって、λ／４板は光学系から
除外されている。この様な変形例によっても、上記一実
施例と同様の作用効果を奏することができる。また、上
記実施例では、ソリッドエタロンを例に説明したが、他
のタイプの光共振器であっても使用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、波
長変動の検出感度を増大でき、光共振器の面精度や平行
度等の許容値を大きくでき、波長の安定化度を向上させ
ることができる波長安定化光源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る波長安定化光源装置の
構成図。

【図２】一実施例に係る波長安定化光源装置の動作説明
図。

【図３】一実施例において波長安定化制御に使用する
（Ｉｔ−Ｉｒ）曲線を示す図。

【図４】レーザダイオードの「波長−温度」，「波長−
注入電流」の特性図。

【図５】一実施例に係る波長安定化光源装置の変形例を
示す図。

【図６】従来の波長安定化光源装置の構成図。

【図７】複数の異なる反射率におけるエタロンのそれぞ
れの透過曲線を示す図。

【図８】図７の透過曲線を示すエタロンに対してその反
射面間距離を２倍にしたエタロンの透過曲線を示す図。

【符号の説明】

１…レーザダイオード、５…エタロン、６，１３，２２
…フォトセンサ、１２…λ／４板、１４…減算器、１５
…フィードバック制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ光源から発したレーザ光を
光共振器へ入射し、当該光共振器の透過光量を検出し
て、前記半導体レーザ光源の波長を安定化させる波長安
定化光源装置において、前記光共振器の反射光量を検出して、当該反射光量と前
記透過光量との光量差に基づいて前記半導体レーザ光源
の波長を安定化させることを特徴とする波長安定化光源
装置。