JPH10107377A - Method and device for generating wavelength-variable laser beam - Google Patents

Method and device for generating wavelength-variable laser beam

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JPH10107377A
JPH10107377A JP25517996A JP25517996A JPH10107377A JP H10107377 A JPH10107377 A JP H10107377A JP 25517996 A JP25517996 A JP 25517996A JP 25517996 A JP25517996 A JP 25517996A JP H10107377 A JPH10107377 A JP H10107377A
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laser
diffraction grating
actuator
wavelength
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琢弥 名雪
Takashi Fujii
隆 藤井
Koshichi Nemoto
孝七 根本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate wavelength-variable laser beams by setting the amount of translation movement of a movable diffraction grating corresponding to the length of an external resonator and the rotating angle of a movable diffraction grating, so that a specific equation can be met among the external resonator length, the amount of drive current change of a laser diode, a laser oscillation wavelength, and the groove gap of a movable diffraction grating. SOLUTION: The amount of translation movement corresponding to an external resonator length and the rotary angle of a movable diffraction grating are set, so that an equation can be met among the external resonator length, an amount of drive current change of a laser diode, a laser oscillation wavelength, and the groove gap of the movable diffraction grating, thus generating wavelength variable laser beams. In the equation. λ0 indicates the laser oscillation wavelength; L2 indicates the external resonator length; ΔL2 indicates the amount of translation move corresponding to the external resonator length L2 ; Δθ indicates the rotary angle of the movable diffraction grating, ΔI indicates the amount of drive current change for the laser diode; βindicates the proportionality constant that is specific to the laser diode element for determining the amount of change of wavelength with respect to the amount of drive current change of the laser diode; and d indicates the groove gap of the movable diffraction grating.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、同位体分離、大気
環境計測、及び分光計測等に使用して好適な波長可変レ
ーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunable laser device suitable for use in isotope separation, atmospheric environment measurement, spectroscopic measurement, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体レーザは、小型で、しか
も発振効率が極めて高く、光通信や光情報処理のための
光源としてよく使用されており、レーザダイオード(L
aserDiode;LD)とも呼ばれている。
2. Description of the Related Art In general, semiconductor lasers are small in size, have extremely high oscillation efficiency, and are often used as light sources for optical communication and optical information processing.
aserDiode (LD).

【0003】このレーザダイオードは、当該ダイオード
単体のみで、シングルモード発振が可能であるととも
に、連続波長掃引が可能である。このような特徴をもつ
レーザダイオードを応用した精密な波長可変レーザ装置
は、光通信の分野において広く使用されている。このよ
うな光通信の分野で使用されているレーザダイオード
は、長波長域(1.3μm〜1.5μm)のレーザ光を
発振するものである。そして、このようなレーザダイオ
ードとしては、共振器方向に対して周期構造をもつ分布
帰還型(Distributed Feed-Back ;DFB)レーザと、
同様な周期構造をもつ分布ブラッグ反射器型(Distribu
ted Bragg Reflector ;DBR )レーザとがある。そし
て、前述した構造を有するレーザダイオードは波長制御
に直接使用できる。また、レーザダイオードは容易に入
手可能である。
[0003] This laser diode is capable of single mode oscillation and continuous wavelength sweeping by using only the diode alone. A precise tunable laser device using a laser diode having such characteristics is widely used in the field of optical communication. A laser diode used in the field of such optical communication oscillates laser light in a long wavelength range (1.3 μm to 1.5 μm). As such a laser diode, a distributed feedback (DFB) laser having a periodic structure in the resonator direction,
Distributed Bragg reflector type with similar periodic structure
ted Bragg Reflector (DBR) laser. The laser diode having the above-described structure can be used directly for wavelength control. Also, laser diodes are readily available.

【0004】ところで、同位体分離、大気環境計測及び
分光計測等のレーザ光応用技術分野においても、上述同
様に精密な波長可変レーザ装置が必要となる。そして、
かかる波長可変レーザ装置に対しても、小型、低コスト
化の観点より上記レーザダイオードの応用が望ましい。
[0004] By the way, in the laser light application technical fields such as isotope separation, atmospheric environment measurement, and spectroscopic measurement, a precise tunable laser device is required as described above. And
It is desirable to apply the laser diode to such a wavelength tunable laser device from the viewpoint of miniaturization and cost reduction.

【0005】しかしながら、上記レーザ光応用技術分野
で使用できるレーザダイオードは、短波長域(〜0.6
μm)のレーザ光を発振するものである。このようなレ
ーザ光を発振できるレーザダイオードとしては、通常の
ファブリペロー構造をもつ素子に限られているのが現状
である。このような共振器構造をもつレーザダイオード
単体の発振スペクトルは、周期構造をもつDFB型レー
ザあるいはDBR型レーザと比較すると、一般に線幅が
大きくマルチモード発振をしている。
However, laser diodes that can be used in the above-mentioned laser light application technical field have a short wavelength range (up to 0.6).
μm). At present, laser diodes capable of oscillating such laser light are limited to devices having a normal Fabry-Perot structure. The oscillation spectrum of a single laser diode having such a resonator structure generally has a large line width and multi-mode oscillation as compared with a DFB laser or a DBR laser having a periodic structure.

【0006】これに対して、レーザダイオードに外部共
振器構造を付加して構成したレーザ装置が提供されてい
る。このレーザ装置では、外部共振器構造を用いてスペ
クトル狭窄化とシングルモード発振を行わせている。レ
ーザ装置において、外部共振器構造を用いてスペクトル
狭窄化とシングルモード発振させることは、最も一般的
なレーザダイオードの波長制御方法として以前から知ら
れている。このような波長制御方法のうち、回折格子
(以下、「グレーティング」という)の回折光を利用し
た波長制御方法を採用したレーザ装置について図6及び
図7を参照して説明する。
On the other hand, there has been provided a laser device in which an external resonator structure is added to a laser diode. In this laser device, narrowing of the spectrum and single mode oscillation are performed using an external resonator structure. In a laser device, narrowing the spectrum and performing single mode oscillation using an external resonator structure has been known as a most common wavelength control method for a laser diode. Among such wavelength control methods, a laser device that employs a wavelength control method using a diffracted light of a diffraction grating (hereinafter, referred to as “grating”) will be described with reference to FIGS.

【0007】図6に、リトロ型外部共振器を備えた従来
の波長可変レーザ装置を示す。波長可変レーザ装置11
0は、レーザダイオード130と、リトロ型外部共振器
150とから構成されている。リトロ型外部共振器15
0は、レーザダイオード130から出射されたレーザ光
を平行ビームにするコリメートレンズ151と、このコ
リメートレンズ151からの平行ビームの通路に挿入さ
れるエタロン152と、このエタロン152を通過した
平行ビームを受光して出力レーザ光にする可動グレーテ
ィング153とから構成されてる。ここで、可動グレー
ティング153には、一定周期で溝154が形成されて
いる。また、リトロ型外部共振器150を用いた従来の
波長可変レーザ装置110では、レーザダイオード13
0の単体をレーザ媒質としてのみ扱う設計思想から連続
波長の掃引のために、レーザダイオード130のレーザ
光出射端面131に無反射コート(アンチリフレクショ
ンコート:以下ARコートと呼ぶ)132を施してあ
る。
FIG. 6 shows a conventional tunable laser device provided with a retro type external resonator. Tunable laser device 11
Reference numeral 0 denotes a laser diode 130 and a retro-type external resonator 150. Retro-type external resonator 15
Numeral 0 denotes a collimator lens 151 that converts the laser light emitted from the laser diode 130 into a parallel beam, an etalon 152 inserted into a path of the parallel beam from the collimator lens 151, and receives a parallel beam that has passed through the etalon 152. And a movable grating 153 that outputs an output laser beam. Here, grooves 154 are formed in the movable grating 153 at regular intervals. Further, in the conventional wavelength tunable laser device 110 using the retro type external resonator 150, the laser diode 13
For the purpose of sweeping a continuous wavelength, a non-reflection coating (anti-reflection coating: hereinafter referred to as an AR coating) 132 is applied to the laser beam emitting end face 131 of the laser diode 130 from a design concept of treating only a single element as a laser medium.

【0008】このようなリトロ型外部共振器150を備
えた波長可変レーザ装置110の動作特性を、図7を参
照して説明する。この図において、横軸には周波数、縦
軸にはゲイン等が取られている。レーザダイオード13
0は、所定の波長域(〜20nm)において、連続的に
広いゲインカーブ170を呈している。また、波長可変
レーザ装置110は、所定の周波数間隔でリトロ型外部
共振器150の縦モード171が発生している。また、
符号172は可動グレーティング153の分解能を示し
ており、リトロ型外部共振器150の縦モードを7つを
含んでしまっている。そこで、シングルモードの発振を
得るために、波長選択素子としてエタロン152を挿入
している。このエタロン152の分解能は、外部共振器
縦モードを1つを含むのみとなり、シングルモード発振
となる。
The operating characteristics of the wavelength tunable laser device 110 having such a retro-type external resonator 150 will be described with reference to FIG. In this figure, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents gain and the like. Laser diode 13
0 indicates a continuously wide gain curve 170 in a predetermined wavelength range (up to 20 nm). In the wavelength tunable laser device 110, the longitudinal mode 171 of the retro-type external resonator 150 is generated at predetermined frequency intervals. Also,
Reference numeral 172 indicates the resolution of the movable grating 153, which includes seven longitudinal modes of the retro-type external resonator 150. Therefore, in order to obtain single mode oscillation, an etalon 152 is inserted as a wavelength selection element. The resolution of the etalon 152 includes only one external resonator longitudinal mode, and the mode becomes a single mode oscillation.

【0009】このように上記リトロ型外部共振器150
を備えた従来の波長可変レーザ装置110によれば、可
動グレーティング153と、エタロン152を挿入する
ことにより、レーザ光のスペクトル狭窄化とシングルモ
ード発振を行わせている。
As described above, the retro-type external resonator 150 is used.
According to the conventional wavelength tunable laser device 110 provided with the above, by inserting the movable grating 153 and the etalon 152, the spectrum narrowing of the laser light and the single mode oscillation are performed.

【0010】一方、上記リトロ型外部共振器の形を基本
的に備えた波長可変レーザ装置であって、レーザダイオ
ード130のレーザ光出射端面にARコートを施さず、
かつエタロン152の挿入を必要としない波長可変レー
ザ装置も提案されている。このレーザ装置では、次の不
都合な点を下記のように解消して提案されたものであ
る。
On the other hand, in the wavelength tunable laser device basically provided with the above-mentioned retro type external resonator, the laser light emitting end face of the laser diode 130 is not coated with an AR coating.
A tunable laser device that does not require the insertion of the etalon 152 has also been proposed. This laser device has been proposed by solving the following disadvantages as follows.

【0011】すなわち、一般に、この種のリトロ型外部
共振器150を備えたレーザ装置において、レーザダイ
オード130のレーザ光出射端面にARコートを施さな
いで外部共振器150の長さや可動グレーティング15
3の角度を変化させると、通常は、レーザ光出力が不安
定になってモードホップが発生してしまう不都合があ
る。このレーザ装置では、レーザ光出力をモニターして
レーザ光出力値が最大になるようにレーザダイオードの
駆動電流を制御することにより連続波長掃引をできるよ
うに構成したものであり、具体的には、レーザ光出力を
検出するセンサ、局部発振器、ロックインアンプ、アナ
ログ制御回路等の複雑な装置により、レーザダイオード
の駆動電流を制御して連続波長掃引をしている。
That is, in general, in a laser device having this type of retro-type external resonator 150, the length of the external resonator 150 and the movable grating
When the angle 3 is changed, there is usually a disadvantage that the laser light output becomes unstable and mode hop occurs. This laser device is configured to monitor the laser beam output and control the drive current of the laser diode so that the laser beam output value is maximized, so that continuous wavelength sweeping can be performed. Continuous wavelength sweep is performed by controlling the drive current of the laser diode by using a complicated device such as a sensor for detecting the laser light output, a local oscillator, a lock-in amplifier, and an analog control circuit.

【0012】図8に、リットマン型外部共振器を備えた
従来の波長可変レーザ装置を示す。波長可変レーザ装置
210は、レーザダイオード230と、リットマン型外
部共振器250とから構成されている。リットマン型外
部共振器250は、レーザダイオード230から出射さ
れたレーザー光を平行ビームにするコリメートレンズ2
51と、このコリメートレンズ251からの平行ビーム
を受光して反射したり出力レーザー光にする固定グレー
ティング253と、固定グレーティング253から反射
されたレーザー光を反射して再び固定グレーティング2
53に与える可動ミラー252とから構成されてる。こ
こで、固定グレーティング253には、一定周期で溝2
54が形成されている。また、リットマン型外部共振器
250を用いた従来の波長可変レーザ装置210では、
レーザダイオード230の単体をレーザ媒質としてのみ
扱う設計思想から連続波長掃引のために、レーザダイオ
ード230のレーザー光出射端面231にARコート2
32を施してある。
FIG. 8 shows a conventional wavelength tunable laser device having a Littman type external resonator. The wavelength tunable laser device 210 includes a laser diode 230 and a Littman type external resonator 250. The Littman type external resonator 250 is a collimating lens 2 that converts the laser light emitted from the laser diode 230 into a parallel beam.
51, a fixed grating 253 that receives the parallel beam from the collimating lens 251 to reflect and output laser light, and a fixed grating 2 that reflects the laser light reflected from the fixed grating 253 and reflects the laser light again.
And a movable mirror 252 to be provided to the light source 53. Here, the fixed grating 253 has grooves 2 at regular intervals.
54 are formed. Further, in the conventional wavelength tunable laser device 210 using the Littman type external resonator 250,
In order to continuously sweep the wavelength from the design concept of treating a single laser diode 230 only as a laser medium, the laser light emitting end face 231 of the laser diode 230 has an AR coating 2
32 is given.

【0013】この波長可変レーザ装置210によれば、
図7におけるカーブ173は固定グレーティング253
によって得られることになり、レーザー光のスペクトル
狭窄化とシングルモード発振を行わせている。
According to the wavelength tunable laser device 210,
The curve 173 in FIG.
Thus, the spectrum narrowing of the laser light and the single mode oscillation are performed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

(1)しかしながら、これら外部共振器150、250
を用いた従来の波長可変レーザ装置110、210にお
いては、上述した理由により、レーザダイオード13
0、230のレーザー光出射端面にARコート132、
232を施す必要がある。 (1−a)したがって、ARコートをレーザダイオード
130、230のレーザー光出射端面に施すために、特
別な設備が必要となる欠点がある。 (1−b)また、ARコートの材料が必要となるほか、
ARコートを施す工程も必要となることから、レーザダ
イオードの価格がコストアップするという欠点がある。 (1−c)さらに、上記ARコートを施す工程におい
て、レーザダイオードが大気中に曝されることになり、
光学的損傷をうける危険性が伴うという欠点もある。
(1) However, these external resonators 150, 250
In the conventional tunable laser devices 110 and 210 using the laser diode 13 for the above-described reason,
AR coat 132 on the laser light emitting end face
232 needs to be applied. (1-a) Therefore, there is a disadvantage that special equipment is required to apply the AR coating to the laser light emitting end faces of the laser diodes 130 and 230. (1-b) In addition to the need for the material of the AR coat,
Since a step of applying an AR coating is also required, there is a disadvantage that the cost of the laser diode increases. (1-c) Further, in the step of applying the AR coating, the laser diode is exposed to the atmosphere,
There is also the disadvantage that there is a risk of optical damage.

【0015】(2)また、図6に示すリトロ型外部共振
器150の場合、レーザダイオード130は、図7に示
すように、所定の波長域(〜20nm)において連続的
に広いゲインカーブ170を有することと、可動グレー
ティング153の分解能172が広いことから、高い分
解能173を有する波長選択素子としてのエタロン15
2を挿入することによりシングルモード発振を得てい
た。したがって、上記リトロ型外部共振器150を備え
た従来の波長可変レーザ装置110によれば、光学系の
部品点数が増加し、調整を複雑にするという欠点があっ
た。
(2) In the case of the retro-type external resonator 150 shown in FIG. 6, the laser diode 130 has a continuously wide gain curve 170 in a predetermined wavelength range (up to 20 nm) as shown in FIG. Etalon 15 as a wavelength selection element having a high resolution 173
By inserting 2, the single mode oscillation was obtained. Therefore, according to the conventional wavelength tunable laser device 110 including the retro-type external resonator 150, the number of components of the optical system increases, and there is a disadvantage that adjustment is complicated.

【0016】(3)さらに、波長制御する際に、従来ま
では外部共振器長と可動グレーティング153の回折角
を適当に連動させる必要から、可動グレーティング15
3(あるいはリットマン型外部共振器250では可動ミ
ラー252)の回転角と並進移動量が機械的に連動する
特殊な機構を工夫しなければならず、また、精密な光軸
調整を行う機構についても配慮しなければならなかっ
た。
(3) Further, in controlling the wavelength, the length of the external resonator and the diffraction angle of the movable grating 153 must be appropriately linked so far.
A special mechanism must be devised in which the rotation angle and the translation amount of the 3 (or the movable mirror 252 in the Littman type external resonator 250) are mechanically linked, and a mechanism for performing precise optical axis adjustment is also required. I had to take care.

【0017】(4)一方、レーザダイオード130のレ
ーザー光出射端面にARコートを施さず、かつまた、エ
タロン152の挿入を必要としない波長可変レーザ装置
の場合、レーザダイオード駆動電流を制御するために、
局部発振器、ロックインアンプ、アナログ制御回路等、
複雑な装置が必要であり、実用化のためにはより低コス
トを達成できるようにする必要がある。
(4) On the other hand, in the case of a wavelength tunable laser device in which the laser light emitting end face of the laser diode 130 is not provided with an AR coating and does not require the insertion of the etalon 152, it is necessary to control the laser diode driving current. ,
Local oscillator, lock-in amplifier, analog control circuit, etc.
Complicated equipment is required, and it is necessary to achieve lower cost for practical use.

【0018】そこで、本発明の目的は、同位体分離、大
気環境計測及び分光計測等において、小型で低コストな
波長可変レーザ光発生方法及びその装置を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a small-sized and low-cost tunable laser light generating method and apparatus for isotope separation, atmospheric environment measurement, spectroscopic measurement, and the like.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明に係る波長可変レーザ光発生
方法では、レーザ光を発振するレーザダイオードと、可
動回折格子を含む外部共振器とを備えたレーザ装置によ
って波長可変レーザ光を発生する方法において、外部共
振器長さに対する可動回折格子の並進移動量及び可動回
折格子の回転角を、外部共振器長、レーザダイオードを
駆動する駆動電流変化量、レーザ発振波長、可動回折格
子の溝間隔との間で数式3を満足するように設定するこ
とにより波長可変レーザ光を発生できるようにしてい
る。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a wavelength tunable laser light generating method, wherein a laser diode for oscillating laser light and an external resonator including a movable diffraction grating are provided. Wherein the translation amount of the movable diffraction grating and the rotation angle of the movable diffraction grating with respect to the length of the external resonator are controlled by controlling the length of the external resonator and the driving of the laser diode. By setting the amount of change in the current, the laser oscillation wavelength, and the interval between the grooves of the movable diffraction grating so as to satisfy Expression 3, it is possible to generate a wavelength-variable laser beam.

【0020】[0020]

【数3】ΔL2 =L2 ・β・ΔI/λ0 Δθ=sin-1〔(λ0 +β・ΔI)/2d〕−sin-1(λ
0 /2d) 但し、λ0 はレーザー発振波長、L2 は外部共振器長、
ΔL2 は外部共振器長L2 に対する並進移動量、Δθは
回折格子の回転角、ΔIはレーザダイオードの駆動電流
の変化量、βはレーザダイオードの駆動電流に対する波
長の変化分を決めるレーザダイオード素子固有の比例定
数、dは回折格子の溝間隔である。
ΔL 2 = L 2 · β · ΔI / λ 0 Δθ = sin −1 [(λ 0 + β · ΔI) / 2d] −sin −1
0 / 2d) where λ 0 is the laser oscillation wavelength, L 2 is the external resonator length,
ΔL 2 is the translational movement amount with respect to the external resonator length L 2 , Δθ is the rotation angle of the diffraction grating, ΔI is the change amount of the drive current of the laser diode, and β is the laser diode element that determines the change amount of the wavelength with respect to the drive current of the laser diode. The inherent proportionality constant, d, is the groove spacing of the diffraction grating.

【0021】したがって、請求項1記載の発明によれ
ば、ARコートをレーザダイオードの出射端面に施さな
いリトロ型外部共振器の構造は、エタロンの挿入も必要
なく、コリメートレンズと可動グレーティングのみで光
学系が構成されることから、最も簡単かつ小型で、しか
も低コストな波長可変レーザ光が得られる。
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the structure of the retro-type external resonator in which the AR coating is not applied to the emission end face of the laser diode does not require the insertion of an etalon, and uses only a collimating lens and a movable grating. Since the system is configured, the simplest, compact, and low-cost tunable laser light can be obtained.

【0022】また、請求項2記載の発明に係る波長可変
レーザ装置によれば、レーザ光を発振するレーザダイオ
ードと、可動回折格子を含む外部共振器とを備えたレー
ザ装置において、回折格子の回転角を設定できる第1の
アクチュエータと、回折格子の並進移動量を設定できる
第2のアクチュエータと、レーザダイオードの駆動電流
値を設定制御できる制御電源と、第1のアクチュエー
タ、第2のアクチュエータ及び制御電源をそれぞれ駆動
制御できる制御手段とを備えるようにしている。
According to the wavelength tunable laser device according to the second aspect of the present invention, in a laser device including a laser diode that oscillates a laser beam and an external resonator including a movable diffraction grating, the rotation of the diffraction grating is controlled. A first actuator that can set an angle, a second actuator that can set a translation amount of a diffraction grating, a control power supply that can set and control a drive current value of a laser diode, a first actuator, a second actuator, and control And control means for controlling the driving of each power supply.

【0023】したがって、請求項2記載の発明では、A
Rコートをレーザダイオードの出射端面に施さないリト
ロ型外部共振器の構造は、エタロンの挿入も必要なく、
コリメートレンズと可動グレーティングのみで光学系が
構成されることから、最も簡単かつ小型で、しかも低コ
ストで波長可変レーザ装置を得ることができる。
Therefore, according to the second aspect of the present invention, A
The structure of a retro-type external resonator that does not apply the R coat to the emission end face of the laser diode does not require the insertion of an etalon,
Since the optical system is composed of only the collimator lens and the movable grating, the simplest, compact, and low-cost tunable laser device can be obtained.

【0024】また、請求項3記載の発明では、外部共振
器は、レーザダイオードの光を平行ビームにして出射す
るコリメートレンズ及びコリメートレンズからの平行ビ
ームを受光して出力光とする可動回折格子のみから構成
している。
According to the third aspect of the present invention, the external resonator includes only a collimating lens that emits a parallel beam from the laser diode and a movable diffraction grating that receives the parallel beam from the collimating lens and outputs the light as output light. It consists of.

【0025】また、請求項4記載の発明では、制御手段
は、レーザー発振波長をλ0 、外部共振器長L2 に対す
る並進移動量をΔL2 、回折格子の回転角をΔθ、レー
ザダイオードの駆動電流の変化量をΔI、レーザダイオ
ードの駆動電流に対する波長の変化分を決めるレーザダ
イオード素子固有の比例定数をβ、回折格子の溝間隔を
dとしたとき、数式4の関係が成立するように第1のア
クチュエータ、第2のアクチュエータ及び制御電源をそ
れぞれ駆動制御させる処理手段を備えるようにしてい
る。
Further, in the invention according to claim 4, the control means comprises: a laser oscillation wavelength of λ 0 , a translation amount with respect to the external resonator length L 2 of ΔL 2 , a rotation angle of the diffraction grating of Δθ, a driving of the laser diode. Assuming that the amount of change in current is ΔI, the proportional constant inherent to the laser diode element that determines the amount of change in wavelength with respect to the drive current of the laser diode is β, and the groove interval of the diffraction grating is d, the relationship of Equation 4 is satisfied. Processing means for controlling the driving of each of the first actuator, the second actuator, and the control power supply is provided.

【0026】[0026]

【数4】ΔL2 =L2 ・β・ΔI/λ0 Δθ=sin-1〔(λ0 +β・ΔI)/2d〕−sin-1(λ
0 /2d) 更に、請求項5記載の発明では、レーザダイオードに温
度センサーを設け、この温度センサーからの検出信号を
レーザダイオードの温度調節器にフィードバックし、第
1のアクチュエータ、第2のアクチュエータ及び制御電
源の制御手段によってレーザダイオードの温度制御を行
うようにしている。
ΔL 2 = L 2 · β · ΔI / λ 0 Δθ = sin −1 [(λ 0 + β · ΔI) / 2d] −sin −1
0 / 2d) Further, in the invention according to claim 5, a temperature sensor is provided in the laser diode, and a detection signal from the temperature sensor is fed back to a temperature controller of the laser diode, so that the first actuator, the second actuator, The control means of the control power supply controls the temperature of the laser diode.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る波長可変レー
ザ装置の実施の形態を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the wavelength tunable laser device according to the present invention will be described below.

【0028】〔第1の実施の形態〕図1に、本発明に係
る波長可変レーザ装置の第1の実施の形態を示す。この
図において、波長可変レーザ装置1は、レーザ光を発振
するレーザダイオード3と、レーザダイオード3に付加
される外部共振器5と、レーザダイオード3の駆動電流
及び外部共振器5の共振状態を制御する被制御手段7
と、被制御手段7を駆動制御する制御手段9とから構成
されている。レーザダイオード3は温度センサー95か
らの出力によってペルチェ素子21を駆動する温度調節
器2により一定温度に保たれている。尚、符号22は放
熱板である。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a first embodiment of a tunable laser device according to the present invention. In this figure, a tunable laser device 1 controls a laser diode 3 that oscillates a laser beam, an external resonator 5 added to the laser diode 3, a driving current of the laser diode 3, and a resonance state of the external resonator 5. Controlled means 7
And a control means 9 for controlling the driving of the controlled means 7. The laser diode 3 is maintained at a constant temperature by the temperature controller 2 which drives the Peltier element 21 by the output from the temperature sensor 95. Reference numeral 22 denotes a heat sink.

【0029】ここで、外部共振器5は、レーザダイオー
ド3から出射されるレーザ光を平行ビームにするコリメ
ートレンズ51と、コリメートレンズ51からの平行ビ
ームを受光して出力光とする可動回折格子(可動グレー
ティング)53とからなる。また、可動グレーティング
53には、一定の間隔dで溝54が設けられている。
Here, the external resonator 5 includes a collimator lens 51 that converts the laser light emitted from the laser diode 3 into a parallel beam, and a movable diffraction grating (which receives the parallel beam from the collimator lens 51 and outputs the light). (Movable grating) 53. Further, grooves 54 are provided in the movable grating 53 at a constant interval d.

【0030】被制御手段7は、第1のアクチュエータ7
1と、第2のアクチュエータ72と、制御電源73とか
ら構成されている。
The controlled means 7 includes a first actuator 7
1, a second actuator 72, and a control power supply 73.

【0031】第1のアクチュエータ71は、可動グレー
ティング53の回転角Δθを設定できる。この第1のア
クチュエータ71は、図示しないが、例えば圧電素子と
機械系とで構成されており、この圧電素子は印加電圧に
よって定められた位置だけ正確に変位して止まることに
より、機械系の作用と相まって可動グレーティング53
を正確な回転角Δθに設定できる。
The first actuator 71 can set the rotation angle Δθ of the movable grating 53. Although not shown, the first actuator 71 is composed of, for example, a piezoelectric element and a mechanical system, and the piezoelectric element is accurately displaced and stopped at a position determined by the applied voltage, so that the action of the mechanical system is achieved. Movable grating 53
Can be set to an accurate rotation angle Δθ.

【0032】また、第2のアクチュエータ72は、可動
グレーティング53の並進移動量ΔL2 を設定できる。
この第2のアクチュエータ72は、図示しないが、例え
ば圧電素子と機械系とで構成されている。この機械系の
上に第1のアクチュエータ71が固定されている。した
がって、第2のアクチュエータ72の圧電素子が印加電
圧によって定められた位置だけ正確に変位して止まるこ
とにより、機械系の作用と相まって第1のアクチュエー
タ71を含む可動グレーティング53を正確な並進移動
量ΔL2 に設定できる。
The second actuator 72 can set the translation amount ΔL 2 of the movable grating 53.
Although not shown, the second actuator 72 includes, for example, a piezoelectric element and a mechanical system. A first actuator 71 is fixed on the mechanical system. Therefore, when the piezoelectric element of the second actuator 72 is accurately displaced and stopped by the position determined by the applied voltage, the movable grating 53 including the first actuator 71 can be accurately translated and moved in conjunction with the action of the mechanical system. ΔL 2 can be set.

【0033】また、レーザダイオード3は、制御電源7
3に接続されている。この制御電源73は、制御信号に
応じてレーザダイオード3に流す駆動電流IN を設定で
きる。上記制御手段9は、第1のアクチュエータ71、
第2のアクチュエータ72、及び制御電源73に電気的
に接続されており、各制御信号を第1のアクチュエータ
71、第2のアクチュエータ72、及び制御電源73に
出力できる。
The laser diode 3 is connected to a control power source 7
3 is connected. The control power supply 73 can be set the drive current I N flowing to the laser diode 3 in accordance with a control signal. The control means 9 includes a first actuator 71,
It is electrically connected to the second actuator 72 and the control power supply 73, and can output each control signal to the first actuator 71, the second actuator 72, and the control power supply 73.

【0034】この制御手段9は、処理装置本体91と、
定数や処理方式等を指定する入力手段としてのキーボー
ド92と、処理結果を表示するディスプレイ93とを備
えている。処理装置本体91は、図示しないが、例え
ば、各種演算処理を実行する演算処理部と、この装置で
処理する一連の処理プログラムを記憶する読出専用メモ
リと、処理を実行する上で各種のデータ等を記憶する読
書き可能なメモリと、外部へ制御信号等を出力し、ある
いは外部からのデータを取り込むためのインターフェー
スとを備えている。また、読出専用メモリには、処理装
置本体91の第1のアクチュエータ71、第2のアクチ
ュエータ72に出力した制御信号に対する可動グレーテ
ィング53の実際の回転角度、移動距離の関係が記憶さ
れている。また、同様に、読出専用メモリには、処理装
置本体91が制御電源73に出力した制御信号に対して
制御電源73がレーザダイオード3に供給した駆動電流
の関係が記憶されている。処理装置本体91は、その出
力した制御信号を基に、実際のグレーティングの回転角
度、移動量、あるいは駆動電流のデータを読出専用メモ
リから読み出して、制御に使用できるようになってい
る。
The control means 9 includes a processing device main body 91,
A keyboard 92 is provided as input means for designating constants, processing methods, and the like, and a display 93 for displaying processing results. Although not shown, the processing device main body 91 includes, for example, an arithmetic processing unit that executes various types of arithmetic processing, a read-only memory that stores a series of processing programs to be processed by this device, and various data and the like in performing the processing. And an interface for outputting a control signal or the like to the outside or taking in data from the outside. Further, the read-only memory stores the relationship between the control signal output to the first actuator 71 and the second actuator 72 of the processing device main body 91 and the actual rotation angle and moving distance of the movable grating 53. Similarly, the read-only memory stores the relationship between the control signal output from the processing apparatus main body 91 to the control power supply 73 and the drive current supplied to the laser diode 3 by the control power supply 73. The processing device main body 91 can read the data of the actual rotation angle, movement amount, or drive current of the grating from the read-only memory based on the output control signal, and use it for control.

【0035】図2に、上記構成の波長可変レーザ装置1
の動作原理図を示す。この図において、符号31、32
はレーザダイオード3の端面である。符号L1 はレーザ
ダイオード3の端面31、32間の長さであって、端面
31、32の間で構成される共振器長である。なお、L
1 はレーザダイオード3の端面間の機械的な寸法ではな
く媒質の屈折率を考慮した光学的な長さを表している。
また、端面31,32の間に存在する縦モードの数はN
1 とする。次に、符号L2 は、レーザダイオード3の出
射端面31から可動グレーティング53までの距離であ
って、レーザダイオード3の出射端面31と可動グレー
ティング53の間で構成される共振器長である。そし
て、出射端面31と可動グレーテッイング53の間の縦
モードの数をN2 、レーザダイオード3のレーザ発振波
長をλ0 とする。また、符号dは可動グレーティング5
3の溝54の間隔であり、符号θは可動グレーティング
53へのレーザ光の入射角度である。
FIG. 2 shows a wavelength tunable laser device 1 having the above configuration.
FIG. In this figure, reference numerals 31, 32
Is an end face of the laser diode 3. Reference numeral L 1 is a length between the end faces 31, 32 of the laser diode 3, a resonator length comprised between the end faces 31 and 32. Note that L
Reference numeral 1 denotes an optical length in consideration of a refractive index of a medium, not a mechanical dimension between end faces of the laser diode 3.
The number of longitudinal modes existing between the end faces 31 and 32 is N
Set to 1 . Next, reference numeral L 2 is a distance from the emission end face 31 of the laser diode 3 to the movable grating 53, a resonator length comprised between the exit end face 31 and the movable grating 53 of the laser diode 3. The number of longitudinal modes between the emission end face 31 and the movable grating 53 is N 2 , and the laser oscillation wavelength of the laser diode 3 is λ 0 . The symbol d represents the movable grating 5
3 is the interval between the grooves 54, and the symbol θ is the incident angle of the laser beam on the movable grating 53.

【0036】ここで、モードホップを起こさないでレー
ザ発振波長λ0 をΔλだけシフトさせるためには、波長
がシフトする間、2つの共振器の縦モード数N1 、N2
が常に一定であればよい。そこで、可動グレーティング
53の一次回折光がレーザダイオード3に戻る条件を含
めて、以下に設立する式をまとめてみる。
Here, in order to shift the laser oscillation wavelength λ 0 by Δλ without causing a mode hop, while the wavelength shifts, the number of longitudinal modes N 1 and N 2 of the two resonators are changed.
Should always be constant. Therefore, the following formulas will be summarized, including the conditions under which the primary diffraction light of the movable grating 53 returns to the laser diode 3.

【0037】(i) λ0 のとき レーザダイオード3の端面31、32の間では、数式5
が成立している。
(I) At λ 0 Between the end faces 31 and 32 of the laser diode 3,
Holds.

【0038】[0038]

【数5】L1 =N1 ・λ0 /2 また、レーザダイオード3の出射端面31と可動グレー
ティング53との間では、数式6が成立している。
Equation 5] Also L 1 = N 1 · λ 0 /2, in between the emission end face 31 and the movable grating 53 of the laser diode 3, Equation 6 is satisfied.

【0039】[0039]

【数6】L2 =N2 ・λ0 /2 さらに、可動グレーティング53へのレーザ光の入射角
度θと、可動グレーティング53の溝間隔dと、レーザ
発振波長λ0 との間では、数式7が成立している。
[6] L 2 = N 2 · λ 0 /2 Further, the incident angle of the laser beam θ of the movable grating 53, the groove spacing d of the movable grating 53, between the laser oscillation wavelength lambda 0, Equation 7 Holds.

【0040】[0040]

【数7】2dsinθ=λ0 (ii)そして、λ0 +Δλとなったとき レーザダイオード3の端面31、32の間では、共振器
長L1 の変化分をΔL 1 とすると、数式8が成立する。
## EQU7 ## 2 d sin θ = λ0 (ii) and λ0+ Δλ Between the end faces 31 and 32 of the laser diode 3, a resonator
Length L1ΔL 1Then, Equation 8 is established.

【0041】[0041]

【数8】L1 +ΔL1 =N1 ・(λ0 +Δλ)/2 また、レーザダイオード3の出射端面31と可動グレー
ティング53との間では、共振器長L2 の変化分をΔL
2 とすると、数式9が成立する。
L 1 + ΔL 1 = N 1 · (λ 0 + Δλ) / 2 Further, between the emission end face 31 of the laser diode 3 and the movable grating 53, the change in the resonator length L 2 is represented by ΔL
Assuming 2 , Equation 9 holds.

【0042】[0042]

【数9】L2 +ΔL2=N2 ・(λ0 +Δλ)/2 さらに、可動グレーティング53の角度(θ+Δθ)
と、可動グレーティング53の溝間隔dと、波長(λ0
+Δλ)との間には、数式10が成立している。
L 2 + ΔL 2 = N 2 · (λ 0 + Δλ) / 2 Further, the angle (θ + Δθ) of the movable grating 53
, The groove interval d of the movable grating 53, and the wavelength (λ 0
+ Δλ), Equation 10 holds.

【0043】[0043]

【数10】2dsin(θ+Δθ)=(λ0 +Δλ) 以上のことから、2つの共振器長L1 、L2 の変化分Δ
1 、ΔL2 の関係を求めると、数式11のようにな
る。
From the above, 2dsin (θ + Δθ) = (λ 0 + Δλ) From the above, the change Δ of the two resonator lengths L 1 and L 2
When the relationship between L 1 and ΔL 2 is obtained, Equation 11 is obtained.

【0044】[0044]

【数11】ΔL2 =ΔL1 ×L2 /L1 一方、レーザ発振波長の変化分Δλとレーザダイオード
3の駆動電流の変化分ΔIとの関係は、数式12のよう
になる。
ΔL 2 = ΔL 1 × L 2 / L 1 On the other hand, the relationship between the change Δλ in the laser oscillation wavelength and the change ΔI in the drive current of the laser diode 3 is as shown in Expression 12.

【0045】[0045]

【数12】Δλ=β・ΔI 符号βは、レーザダイオード駆動電流に対する波長の変
化分を決めるレーザダイオード3の固有の比例定数であ
る。レーザダイオード3の駆動電流の変化分ΔIは、数
式12、数式8を介してΔL1 と連動し、さらに、数式
11を介してΔL 2 と連動している。また、ΔIは、数
式12、数式10を介してΔλ、Δθとも連動してい
る。
Δλ = β · ΔI The sign β is a change in wavelength with respect to the laser diode driving current.
It is an inherent proportional constant of the laser diode 3 that determines
You. The change ΔI in the drive current of the laser diode 3 is
ΔL through Equations 12 and 81Works with
ΔL through 11 TwoIt is linked with. ΔI is a number
Also linked with Δλ and Δθ via Equations 12 and 10.
You.

【0046】そこで、レーザ発振波長λ0 をΔλシフト
させるために必要な可動グレーティング53の回転角Δ
θと、可動グレーティング53の並進移動量ΔL2 をΔ
Iを用いて表現すると、数式13及び数式14のように
なる。
Therefore, the rotation angle Δ of the movable grating 53 necessary to shift the laser oscillation wavelength λ 0 by Δλ
θ and the translation amount ΔL 2 of the movable grating 53 by Δ
When expressed using I, Expression 13 and Expression 14 are obtained.

【0047】[0047]

【数13】ΔL2 =L2 ・β・ΔI/λ0 ΔL 2 = L 2 · β · ΔI / λ 0

【0048】[0048]

【数14】Δθ=sin-1{(λ0 +β・ΔI)/2d}
−sin-1(λ0 /2d) したがって、キーボード92から上記定数β、上記可動
グレーティング53の溝間隔d、レーザダイオード3の
もともとの発振波長λ0、外部共振器長L2 を制御手段
9の処理装置本体91に与えておき、ついで処理装置本
体91において、上記数式13及び数式14を満足させ
るように、第1のアクチュエータ71、第2のアクチュ
エータ72及び制御電源73を制御する。
Δθ = sin −1 {(λ 0 + β · ΔI) / 2d}
−sin −10 / 2d) Therefore, the constant β, the groove interval d of the movable grating 53, the original oscillation wavelength λ 0 of the laser diode 3, and the external resonator length L 2 are determined from the keyboard 92. The first actuator 71, the second actuator 72, and the control power supply 73 are controlled so as to satisfy Expressions 13 and 14 in the processing device main body 91.

【0049】上記波長可変レーザ装置1では、電気的に
制御を行うものであるから、従来のレーザ装置のように
機械的に連動する構造上の制約から解放された設計、製
作が可能になる。
Since the wavelength tunable laser device 1 is controlled electrically, it is possible to design and manufacture the laser device free from the structural restriction of mechanical interlocking unlike the conventional laser device.

【0050】〔第2の実施の形態〕図3に、同波長可変
レーザ装置の第2の実施の形態を示す。この図におい
て、第2の実施の形態では、波長可変レーザ装置1’内
のレーザダイオード3の温度を検出して電気信号に変換
する温度センサー95を設け、かつ処理装置本体91か
らの出力を温度調節器2に入力し、レーザダイオード3
の動作温度をも考慮して、上記数式13及び数式14を
満足させるように第1のアクチュエータ71、第2のア
クチュエータ72及び制御電源73を制御するようにし
たものである。したがって、他の構成は、図1の波長可
変レーザ装置1と全く同一であるため、同一の符号を付
して構成作用の説明を省略する。
[Second Embodiment] FIG. 3 shows a second embodiment of the wavelength tunable laser device. In this figure, in the second embodiment, a temperature sensor 95 for detecting the temperature of the laser diode 3 in the wavelength tunable laser device 1 'and converting it into an electric signal is provided, and the output from the processing device main body 91 is converted to a temperature. Input to the controller 2 and the laser diode 3
The first actuator 71, the second actuator 72, and the control power supply 73 are controlled so as to satisfy Expressions 13 and 14 in consideration of the operating temperature of the above. Therefore, the other configuration is exactly the same as that of the wavelength tunable laser device 1 of FIG. 1, and the same reference numerals are given and the description of the configuration and operation is omitted.

【0051】第2の実施の形態によれば、レーザダイオ
ード3の動作温度を制御パラメータに取り込んで制御す
るために、より広い波長域をカバーできる。
According to the second embodiment, since the operating temperature of the laser diode 3 is taken into control parameters and controlled, a wider wavelength range can be covered.

【0052】〔第3の実施の形態〕図4に、同波長可変
レーザ装置の第3の実施の形態を示す。この図における
波長可変レーザ装置1”の制御系はセルフチューニング
制御方式を採用したものであり、図1及び図3の波長可
変レーザ装置のようなオープンループ制御方式とは異な
る構成となっている。すなわち、この第3の実施の形態
における波長可変レーザ装置1”では、制御電源73か
らレーザダイオード3に供給される電流を検出して電気
信号に変換する電流検出センサ81を制御電源73とレ
ーザダイオード3との間に設けた点、可動グレーティン
グ53の回転角を検出して電気信号に変換する回転角検
出センサ82を可動グレーティング53の回転軸に設け
た点、及び可動グレーティング53の並進移動量を検出
する並進移動量検出センサ83を可動グレーティング5
3に設けた点にまず特徴がある。これらセンサ81、8
2、83からの検出信号は制御手段9の処理装置本体9
1に入力されるようにしてある。また、処理装置本体9
1では、取り込んだ検出信号を基に、上記数式13、数
式14を満足するように、第1のアクチュエータ71、
第2のアクチュエータ72及び制御電源73を制御して
いる。これによっても、波長可変レーザ光を発生でき
る。
[Third Embodiment] FIG. 4 shows a third embodiment of the wavelength tunable laser device. The control system of the wavelength tunable laser device 1 ″ in this figure employs a self-tuning control method, and has a configuration different from that of the open loop control method such as the wavelength tunable laser devices of FIGS. 1 and 3. That is, in the wavelength tunable laser device 1 ″ according to the third embodiment, the current detection sensor 81 that detects a current supplied from the control power supply 73 to the laser diode 3 and converts the current into an electric signal is connected to the control power supply 73 and the laser diode. 3, a point at which a rotation angle detection sensor 82 that detects the rotation angle of the movable grating 53 and converts it into an electric signal is provided on the rotation axis of the movable grating 53, and a translation amount of the movable grating 53. The translational movement detecting sensor 83 for detecting the movable grating 5
First, there is a feature in the point provided in 3. These sensors 81, 8
The detection signals from the control unit 9 and the processing unit 9
1 is input. Further, the processing apparatus main body 9
In FIG. 1, the first actuator 71, the first actuator 71,
The second actuator 72 and the control power supply 73 are controlled. This also allows generation of a tunable laser beam.

【0053】第3の実施の形態によれば、制御信号に対
する回転角度、移動量あるいは駆動電流の関係から内部
変数である圧電素子の変位特性及びレーザダイオードの
比例定数βを推定できる。そして、推定誤差を最小にす
るように最小2乗法に基づく逐次式を用いてこれら内部
変数が調整でき、ハードウェアの持つ微細な個体差をも
吸収できる。
According to the third embodiment, the displacement characteristics of the piezoelectric element and the proportional constant β of the laser diode, which are internal variables, can be estimated from the relationship between the control signal, the rotation angle, the amount of movement, and the drive current. Then, these internal variables can be adjusted using a sequential equation based on the least squares method so as to minimize the estimation error, and it is possible to absorb minute individual differences of hardware.

【0054】〔第4の実施の形態〕次に、簡易な例とし
て第4の実施の形態を検討してみる。第4の実施の形態
では、Δθ〜0の場合には、数式15が成立する。
[Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment will be examined as a simple example. In the fourth embodiment, when Δθ〜0, Expression 15 is satisfied.

【0055】[0055]

【数15】ΔL2 /Δθ=L2 /tanθ=一定 したがって、適当な支点を定めることにより、可動グレ
ーティングの回転角と並進移動量を一つのアクチュエー
タで制御することができることになる。この時の△I
は、数式13、数式15より△I=(λ0 /βtanθ )
△θと書ける。
ΔL 2 / Δθ = L 2 / tan θ = constant Therefore, by determining an appropriate fulcrum, the rotation angle and translation amount of the movable grating can be controlled by one actuator. △ I at this time
From Expressions 13 and 15, △ I = (λ 0 / βtan θ)
Can be written as Δθ.

【0056】この数式15を用いた実験を行った結果、
発振波長λ0 =628〔nm〕を中心として20〔GH
z〕以上の連続波長掃引を確認できた。このとき、設定
したパラメータは、L2 =26〔mm〕、β=5×10
-3〔nm/mA〕、ΔI=7.5〔mA〕、d=1/1
800〔mm〕である。また、当該レーザ装置の動作温
度は25.00〔℃〕である。実験に際しては、FSR
=2[GHz]、フィネス=300の光スペクトラムア
ナライザを測定器として使用した。
As a result of conducting an experiment using the equation (15),
20 [GH] centering on the oscillation wavelength λ 0 = 628 [nm]
z] The continuous wavelength sweep as described above was confirmed. At this time, the set parameters are: L 2 = 26 [mm], β = 5 × 10
-3 [nm / mA], ΔI = 7.5 [mA], d = 1/1
800 [mm]. The operating temperature of the laser device is 25.00 [° C.]. In the experiment, FSR
= 2 [GHz] and an optical spectrum analyzer with a finesse of 300 were used as measuring instruments.

【0057】上記第4の実施の形態では、上記数式15
を用いた場合は以下に示す通り構造上の制約を受けてい
るため、連続掃引幅には上限がある。これについては図
5を用いて説明する。
In the fourth embodiment, the expression 15
Is used, there is an upper limit to the continuous sweep width because of structural restrictions as shown below. This will be described with reference to FIG.

【0058】初期状態としてレーザダイオードが波長λ
0 でシングルモードで発振しており、L2 /tan θ=r
(一定)が成立していると仮定する。すなわち、L2
線分AC、θは∠ABC、rは線分BCであることか
ら、これは三角形ABCで作られる幾何学構造を表して
いる。
As an initial state, the laser diode has a wavelength λ.
Oscillation in single mode at 0 , L 2 / tan θ = r
Suppose (constant) holds. That is, since L 2 is the line segment AC, θ is ∠ABC, and r is the line segment BC, this represents a geometric structure formed by the triangle ABC.

【0059】次に、θ→θ+Δθ、L2 →L2 +Δ
2 、λ0 →λ0 +Δλになった場合を考える。
Next, θ → θ + Δθ, L 2 → L 2 + Δ
Consider the case where L 2 , λ 0 → λ 0 + Δλ.

【0060】このとき、ΔL2 /Δθ=r(一定)であ
り、ΔL2 は線分ONであり、Δθは∠OA’Nであ
り、rは線分A’Oであることから、可動グレーティン
グのA点はA’点に移動したと考えることができる。
At this time, ΔL 2 / Δθ = r (constant), ΔL 2 is a line segment ON, Δθ is ∠OA'N, and r is a line segment A'O, so that the movable grating Can be considered to have moved to the point A ′.

【0061】一方、(L2 +ΔL2 ’)/tan(θ+Δ
θ)=r(一定)が成立し、これよりΔL2 ’/Δθ=
r/ cos2θが成立する。ここで、(θ+Δθ)は∠
A”B’C”であり、rは線分B’C”に相当するの
で、定式が成立するためにはA点がA”点に移動したと
考える必要がある。
On the other hand, (L 2 + ΔL 2 ′) / tan (θ + Δ
θ) = r (constant) holds, and ΔL 2 ′ / Δθ =
r / cos 2 θ holds. Here, (θ + Δθ) is ∠
Since A is "B'C" and r is equivalent to the line segment B'C ", it is necessary to consider that point A has moved to point A" in order to establish the formula.

【0062】以上により、Δθ〜0の場合の近似式で
は、A点の移動点の解釈については、数式16のδ(Δ
2 )だけ曖昧さが生じることになる。
As described above, in the approximate expression for Δθ to 0, the interpretation of the moving point of point A is expressed by δ (Δ
L 2 ) will cause ambiguity.

【0063】[0063]

【数16】δ(ΔL2 )=ΔL2’−ΔL2=r・Δθ/
cos2θ−r・Δθ なお、δ(ΔL2 )は、線分NMで表すことができる。
Δ (ΔL 2 ) = ΔL 2 ′ −ΔL 2 = r · Δθ /
cos 2 θ−r · Δθ δ (ΔL 2 ) can be represented by a line segment NM.

【0064】しかしながら、実際には、可動グレーティ
ングの離散的構造を考えると、数式17で表わされる曖
昧さは可動グレーティングの溝間隔以下の場合には意味
を持たなくなる。すなわち、可動グレーティングが溝間
隔dの周期的構造を持つならば、連続波長掃引幅の条件
として、
However, in practice, considering the discrete structure of the movable grating, the ambiguity expressed by Expression 17 has no meaning when the groove interval is equal to or less than the groove interval of the movable grating. That is, if the movable grating has a periodic structure with the groove interval d, the condition of the continuous wavelength sweep width is as follows:

【0065】[0065]

【数17】|δ(ΔL2 )|<d・sin θ が条件となる。連続波長掃引幅の上限値をΔνMAX 、そ
のときの可動グレーティング角度変化量をΔθMAX とす
ると、以下の数式18のように計算できる。
| Δ (ΔL 2 ) | <d · sin θ is a condition. Assuming that the upper limit value of the continuous wavelength sweep width is Δν MAX and the amount of change in the movable grating angle at that time is Δθ MAX , the following equation 18 can be used.

【0066】[0066]

【数18】 ΔνMAX =(c・r/λ0 ・L2 )・ΔθMAX =(c・r/λ0 ・L2 )(2d・cos2θ/r・sin θ) =c/(L2 ・tan2θ) ≒24〔GHz〕 この値は、実験結果をよく説明でき、1つのアクチュエ
ータを用いた簡易な第4の実施の形態では、波長制御に
限界があることがわかる。しかしながら、アクチュエー
タが一つで済むことから、特定の用途には当該波長可変
レーザ装置を使用することが望ましい。
Δν MAX = (c · r / λ 0 · L 2 ) · Δθ MAX = (c · r / λ 0 · L 2 ) (2d · cos 2 θ / r · sin θ) = c / (L 2 · tan 2 θ) ≒ 24 [GHz] this value and the experimental result well be explained, in the simple fourth embodiment using a single actuator, it can be seen that there is a limit to the wavelength control. However, since only one actuator is required, it is desirable to use the tunable laser device for a specific application.

【0067】なお、本発明は、上記各実施の形態に限ら
ず、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない
範囲内において種々の変形や変更をすることができる。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the invention described in the appended claims.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明に係る波長可変レーザ光発生方法によれば、外部共振
器長さに対する可動回折格子の並進移動量及び可動回折
格子の回転角を、外部共振器長、レーザダイオードを駆
動する駆動電流変化量、レーザ発振波長、可動回折格子
の溝間隔との間で数式19を満足するように設定できる
ので、ARコートをレーザダイオードの出射端面に施さ
ないリトロ型外部共振器の構造とすることができ、しか
もエタロンを挿入する必要もなく、コリメートレンズと
可動グレーティングのみで光学系が構成されることか
ら、最も簡単かつ小型で、しかも低コストで波長可変レ
ーザ光を得ることができる。
As described above, according to the wavelength tunable laser beam generating method according to the first aspect of the present invention, the translation amount of the movable diffraction grating and the rotation angle of the movable diffraction grating with respect to the length of the external resonator are determined. The length of the external resonator, the amount of change in the drive current for driving the laser diode, the laser oscillation wavelength, and the gap between the grooves of the movable diffraction grating can be set so as to satisfy Equation 19, so that an AR coat is formed on the emission end face of the laser diode. It is possible to use a retro-type external resonator structure without applying it, and it is not necessary to insert an etalon, and the optical system is composed only of a collimating lens and a movable grating. A tunable laser beam can be obtained.

【0069】[0069]

【数19】ΔL2 =L2 ・β・ΔI/λ0 Δθ=sin-1〔(λ0 +β・ΔI)/2d〕−sin-1(λ
0 /2d) 但し、λ0 はレーザー発振波長、L2 は外部共振器長、
ΔL2 は外部共振器長L2 に対する並進移動量、Δθは
回折格子の回転角、ΔIはレーザダイオードの駆動電流
の変化量、βはレーザダイオードの駆動電流に対する波
長の変化分を決めるレーザダイオード素子固有の比例定
数、dは回折格子の溝間隔である。
ΔL 2 = L 2 · β · ΔI / λ 0 Δθ = sin −1 [(λ 0 + β · ΔI) / 2d] −sin −1
0 / 2d) where λ 0 is the laser oscillation wavelength, L 2 is the external resonator length,
ΔL 2 is the translational movement amount with respect to the external resonator length L 2 , Δθ is the rotation angle of the diffraction grating, ΔI is the change amount of the drive current of the laser diode, and β is the laser diode element that determines the change amount of the wavelength with respect to the drive current of the laser diode. The inherent proportionality constant, d, is the groove spacing of the diffraction grating.

【0070】また、請求項2記載の発明に係る波長可変
レーザ装置によれば、回折格子の回転角を設定できる第
1のアクチュエータと、回折格子の並進移動量を設定で
きる第2のアクチュエータと、レーザダイオードの駆動
電流値を設定制御できる制御電源と、第1のアクチュエ
ータ、第2のアクチュエータ及び制御電源をそれぞれ駆
動制御できる制御手段とを備えたので、ARコートをレ
ーザダイオードの出射端面に施さないリトロ型外部共振
器の構造とすることができ、しかもエタロンを挿入する
必要もなく、コリメートレンズと可動グレーティングの
みで光学系を構成することができることから、最も簡単
かつ小型で、しかも低コストの波長可変レーザ装置を得
ることができる。
Further, according to the wavelength tunable laser device according to the second aspect of the present invention, the first actuator capable of setting the rotation angle of the diffraction grating, the second actuator capable of setting the translation amount of the diffraction grating, and Since a control power supply that can set and control the drive current value of the laser diode and control means that can drive and control each of the first actuator, the second actuator, and the control power supply are provided, an AR coat is not applied to the emission end face of the laser diode. The simplest, compact, and low-cost wavelength can be configured as a retro-type external resonator, and the optical system can be configured with only a collimating lens and a movable grating without the need to insert an etalon. A tunable laser device can be obtained.

【0071】請求項3記載の発明では、外部共振器がコ
リメートレンズと可動回折格子のみから構成されている
ので、外部共振器の構造が簡単になり、低コスト化が図
れる。
According to the third aspect of the present invention, since the external resonator is composed of only the collimating lens and the movable diffraction grating, the structure of the external resonator is simplified and the cost can be reduced.

【0072】請求項4記載の発明では、制御手段は、レ
ーザー発振波長をλ0 、外部共振器長L2 に対する並進
移動量をΔL2 、回折格子の回転角をΔθ、レーザダイ
オードの駆動電流の変化量をΔI、レーザダイオードの
駆動電流に対する波長の変化分を決めるレーザダイオー
ド素子固有の比例定数をβ、回折格子の溝間隔をdとし
たとき、数式20の関係が成立するように前記第1のア
クチュエータ、前記第2のアクチュエータ及び制御電源
をそれぞれ駆動制御させる処理手段を備えているので、
波長制御の自動化等、より実用的な設計を行う上でも改
良項目をソフトウエアにて吸収できる余地があるため、
応用面にも柔軟に対応できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the control means controls the laser oscillation wavelength to λ 0 , the translation amount relative to the external resonator length L 2 to ΔL 2 , the rotation angle of the diffraction grating to Δθ, and the drive current of the laser diode. When the amount of change is ΔI, the proportional constant inherent to the laser diode element that determines the amount of change in wavelength with respect to the drive current of the laser diode is β, and the groove spacing of the diffraction grating is d, the first equation is established so that the relationship of Expression 20 is established. The actuator, the second actuator, and a processing unit for controlling the driving of the control power supply.
Even for more practical designs such as automation of wavelength control, there is room for improvement items to be absorbed by software.
It can flexibly respond to application aspects.

【0073】[0073]

【数20】ΔL2 =L2 ・β・ΔI/λ0 Δθ=sin-1〔(λ0 +β・ΔI)/2d〕−sin-1(λ
0 /2d) 請求項5記載の発明では、レーザダイオードに温度セン
サを設け、この温度センサからの検出信号をレーザダイ
オードの温度調節器にフィードバックし、第1のアクチ
ュエータ、第2のアクチュエータ及び制御電源の制御手
段によってレーザダイオードの温度制御を行うようにし
たので、波長制御をする上でより精密な制御が可能にな
る。
ΔL 2 = L 2 · β · ΔI / λ 0 Δθ = sin −1 [(λ 0 + β · ΔI) / 2d] −sin −1
0 / 2d) In the invention according to the fifth aspect, a temperature sensor is provided in the laser diode, and a detection signal from the temperature sensor is fed back to a temperature controller of the laser diode, so that the first actuator, the second actuator, and the control power supply are provided. Since the temperature control of the laser diode is performed by the control means (1), more precise control becomes possible in controlling the wavelength.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る波長可変レーザ装置の第1の実施
の形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a wavelength tunable laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同第1の実施の形態の動作原理を説明するため
の図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining an operation principle of the first embodiment.

【図3】同第2の実施の形態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the second embodiment.

【図4】同第3の実施の形態を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing the third embodiment.

【図5】同第4の実施の形態を説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining the fourth embodiment.

【図6】従来のレーザ装置を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a conventional laser device.

【図7】同レーザ装置の動作を説明するための図であ
る。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the laser device.

【図8】従来の他のレーザ装置を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram showing another conventional laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’,1” 波長可変レーザ装置 2 温度調整器 3 レーザダイオード 31 出射端面 32 端面 5 外部共振器 51 コリメートレンズ 53 可動グレーティング 54 溝 7 被制御手段 71 第1のアクチュエータ 72 第2のアクチュエータ 73 制御電源 81 電流検出センサ 82 回転角検出センサ 83 並進移動量検出センサ 9 制御手段 91 処理装置本体 92 キーボード 93 ディスプレイ 95 温度センサー 1, 1 ', 1 "wavelength variable laser device 2 temperature controller 3 laser diode 31 emission end face 32 end face 5 external resonator 51 collimating lens 53 movable grating 54 groove 7 controlled means 71 first actuator 72 second actuator 73 Control power supply 81 Current detection sensor 82 Rotation angle detection sensor 83 Translation movement amount detection sensor 9 Control means 91 Processing unit main body 92 Keyboard 93 Display 95 Temperature sensor

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を発振するレーザダイオード
と、可動回折格子を含む外部共振器とを備えたレーザ装
置によって波長可変レーザ光を発生する方法において、
前記外部共振器長さに対する前記可動回折格子の並進移
動量及び前記可動回折格子の回転角を、前記外部共振器
長、前記レーザダイオードを駆動する駆動電流変化量、
レーザ発振波長、前記可動回折格子の溝間隔との間で数
式1を満足するように設定することにより波長可変レー
ザ光を発生できることを特徴とする波長可変レーザ光発
生方法。 【数1】ΔL2 =L2 ・β・ΔI/λ0 Δθ=sin-1〔(λ0 +β・ΔI)/2d〕−sin-1(λ
0 /2d) 但し、λ0 はレーザー発振波長、L2 は外部共振器長、
ΔL2 は外部共振器長L2 に対する並進移動量、Δθは
回折格子の回転角、ΔIはレーザダイオードの駆動電流
の変化量、βはレーザダイオードの駆動電流に対する波
長の変化分を決めるレーザダイオード素子固有の比例定
数、dは回折格子の溝間隔である。
1. A method for generating tunable laser light by a laser device having a laser diode that oscillates laser light and an external resonator including a movable diffraction grating,
The translational movement amount of the movable diffraction grating and the rotation angle of the movable diffraction grating with respect to the external cavity length, the external cavity length, the drive current change amount for driving the laser diode,
A wavelength tunable laser light generating method characterized in that a wavelength tunable laser light can be generated by setting a value between a laser oscillation wavelength and a groove interval of the movable diffraction grating so as to satisfy Expression 1. ΔL 2 = L 2 · β · ΔI / λ 0 Δθ = sin −1 [(λ 0 + β · ΔI) / 2d] −sin −1
0 / 2d) where λ 0 is the laser oscillation wavelength, L 2 is the external resonator length,
ΔL 2 is the translational movement amount with respect to the external resonator length L 2 , Δθ is the rotation angle of the diffraction grating, ΔI is the change amount of the drive current of the laser diode, and β is the laser diode element that determines the change amount of the wavelength with respect to the drive current of the laser diode. The inherent proportionality constant, d, is the groove spacing of the diffraction grating.
【請求項2】 レーザ光を発振するレーザダイオード
と、可動回折格子を含む外部共振器とを備えたレーザ装
置において、前記回折格子の回転角を設定できる第1の
アクチュエータと、前記回折格子の並進移動量を設定で
きる第2のアクチュエータと、前記レーザダイオードの
駆動電流値を設定制御できる制御電源と、前記第1のア
クチュエータ、前記第2のアクチュエータ及び前記制御
電源をそれぞれ駆動制御できる制御手段とを備えたこと
を特徴とする波長可変レーザ装置。
2. A laser device comprising: a laser diode that oscillates laser light; and an external resonator including a movable diffraction grating, a first actuator that can set a rotation angle of the diffraction grating, and a translation of the diffraction grating. A second actuator capable of setting a movement amount, a control power supply capable of setting and controlling a drive current value of the laser diode, and control means capable of controlling the drive of the first actuator, the second actuator, and the control power supply, respectively. A wavelength tunable laser device, comprising:
【請求項3】 前記外部共振器は、前記レーザダイオー
ドの光を平行ビームにして出射するコリメートレンズ、
及び前記コリメートレンズからの平行ビームを受光して
出力光とする可動回折格子のみから構成したことを特徴
とする請求項2記載の波長可変レーザ装置。
3. The collimator lens, wherein the external resonator emits light of the laser diode as a parallel beam,
3. The tunable laser device according to claim 2, further comprising a movable diffraction grating that receives a parallel beam from the collimator lens and outputs the received light.
【請求項4】 前記制御手段は、レーザー発振波長をλ
0 、外部共振器長L 2 に対する並進移動量をΔL2 、回
折格子の回転角をΔθ、レーザダイオードの駆動電流の
変化量をΔI、レーザダイオードの駆動電流に対する波
長の変化分を決めるレーザダイオード素子固有の比例定
数をβ、回折格子の溝間隔をdとしたとき、数式2の関
係が成立するように前記第1のアクチュエータ、前記第
2のアクチュエータ及び制御電源をそれぞれ駆動制御さ
せる処理手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の
波長可変レーザ装置。 【数2】ΔL2 =L2 ・β・ΔI/λ0 Δθ=sin-1〔(λ0 +β・ΔI)/2d〕−sin-1(λ
0 /2d)
4. The control means sets a laser oscillation wavelength to λ.
0, External resonator length L TwoΔLTwo, Times
The rotation angle of the folded grating is Δθ and the drive current of the laser diode is
The amount of change is ΔI, and the waveform is
Proportional constant inherent to laser diode element that determines length variation
Where β is the number and d is the groove interval of the diffraction grating,
The first actuator and the second actuator so that
Drive and control of the actuator and control power supply
3. The processing device according to claim 2, further comprising:
Tunable laser device. (Equation 2) ΔLTwo= LTwo・ Β ・ ΔI / λ0 Δθ = sin-1[(Λ0+ Β · ΔI) / 2d] -sin-1
0/ 2d)
【請求項5】 前記レーザダイオードに温度センサーを
設け、この温度センサーからの検出信号を前記レーザダ
イオードの温度調節器にフィードバックし、前記第1の
アクチュエータ、第2のアクチュエータ及び制御電源の
制御手段によって前記レーザダイオードの温度制御を行
うことを特徴とする請求項2記載の波長可変レーザ装
置。
5. A laser diode is provided with a temperature sensor, and a detection signal from the temperature sensor is fed back to a temperature controller of the laser diode, and is controlled by the first actuator, the second actuator, and a control unit of a control power supply. 3. The wavelength tunable laser device according to claim 2, wherein the temperature of said laser diode is controlled.
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