(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザから発振されたレーザ光を共振させるリング型共振器を具え、
該リング型共振器中の前記レーザ光の光路上に、該リング型共振器の共振器長を変える共振器長可変手段を具え、
該リング型共振器中の前記レーザ光の光路上に、前記共振器長によって決まる縦モードの中から選択される発振波長を変える波長可変選択手段を具えてなる波長可変発振器において、
前記共振器長可変手段および前記波長可変選択手段は、前記共振器長（Ｗ）に対する当該共振器長の変化量（ΔＷ）の比率（ΔＷ／Ｗ）と、前記発振波長（λ）に対する当該発振波長の変化量（Δλ）の比率（Δλ／λ）とを一致させた状態（ΔＷ／Ｗ＝Δλ／λ）で、前記共振器長（Ｗ）と前記発振波長（λ）とを同時に変化させるための、共振器長可変手段および波長可変選択手段であって、
前記共振器長可変手段を、楔型ディレイを以って構成し、前記波長可変選択手段を、前記楔型ディレイに固定され、選択波長がレーザ光の透過位置に依存する波長可変フィルタを以って構成し、
該楔型ディレイは、固定楔と該固定楔と摺動する可動楔とを以って構成された光学素子であって、
該固定楔および該可動楔は、それぞれ、主表面と該主表面に対して僅かに傾いた主平面とを有し、
該固定楔および該可動楔のそれぞれの該主平面は、該固定楔に対して該可動楔が摺動することが可能とされた摺動面として構成されており、
該固定楔および該可動楔のそれぞれの前記主表面と前記主平面とがなす頂角は互いに等しく設定されており、
該固定楔および該可動楔の摺動面でない前記主表面は、それぞれレーザ光が垂直に入射して垂直に出射するように設定されており、
該可動楔の主表面には、前記波長可変フィルタが固定され、該波長可変フィルタは、前記可動楔の主表面の最大傾斜方向に沿ってレーザ光の透過位置が移動すると透過波長も連続的にずれるという透過特性を有し、かつ、該波長可変フィルタの透過波長は、前記可動楔の厚さが薄くなる程、連続的に短くなるように設定されている
ことを特徴とする波長可変発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信、光計測および光学機器製造に用いて好適な、レーザ光の波長可変発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザを光源として用いた波長可変発振器においては、半導体レーザの縦モードが他の縦モードに飛び移ることによって発振波長が変わっていた。このため、従来の波長可変発振器で得られる発振波長は、とびとびの値となり、連続的に発振波長を変えることはできなかった。その上、発振波長が他の縦モードへ飛び移る際に、レーザは発振を一端停止してから再開する。レーザの発振を再開したときの発振波長がどの縦モードに移るかは、発振再開の際の温度等の様々な条件に依存する。このため、発振が再開されたレーザの発振波長は不安定であった。
【０００３】
そこで、単一縦モードで発振波長の連続掃引が可能な波長可変発振器が、文献：「ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．３，ｐｐ．４３８−４４３，１９９５」に提案されている。この文献の例えば４３９頁のＦｉｇ．１に示された波長可変発振器によれば、半導体レーザ、コリメータレンズ、プリズムおよび回折格子（グレーティング）を以って往復型の外部共振器を構成している。そして、プリズムを回転させることによって、このプリズムを通るレーザ光の光路長を変えて共振器長を変えている。また、回折格子を回転させてレーザ光の反射角度を変えることによって、レーザ光の特定の選択波長を反射して出力している。そして、この波長可変発振器によれば、プリズムの光路長によって決まる共振器長と、回折格子の反射角度によって決まる選択波長とが一致するように、楔と回折格子とを連動させてそれぞれ回転させることにより、単一縦モードの発振波長の連続掃引を実現させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の文献に記載の波長可変発振器の外部共振器構造においては、通常、光路上にプリズム等を挿入すると、そのプリズムの表面にその縦モードでの節の位置が固定されてしまう。このため、共振器構造の微調整が必要であった。
【０００５】
また、上記の文献に記載の波長可変発振器においては、回折格子（グレーティング）を回転させるため、このグレーティングで反射されたレーザ光の進路は、グレーティングの回転角によって、大きく変化してしまう。その結果、レーザ光の光路の補正が必要であった。
【０００６】
このため、より簡単な構造で発振波長の連続掃引が可能な波長可変発振器の実現が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の波長可変発振器によれば、半導体レーザから発振されたレーザ光を共振させるリング型共振器を具え、
このリング型共振器中の前記レーザ光の光路上に、このリング型共振器の共振器長を変える共振器長可変手段を具え、
このリング型共振器中のレーザ光の光路上に、この共振器長によって決まる縦モードの中から選択される発振波長を変える波長可変選択手段を具えてなる波長可変発振器であって、
共振器長可変手段および波長可変選択手段は、共振器長（Ｗ）に対する当該共振器長の変化量（ΔＷ）の比率（ΔＷ／Ｗ）と、発振波長（λ）に対する当該発振波長の変化量（Δλ）の比率（Δλ／λ）とを一致させた状態（ΔＷ／Ｗ＝Δλ／λ）で、共振器長（Ｗ）と発振波長（λ）とを同時に変化させるための、共振器長可変手段および波長可変選択手段である
ことを特徴とする。
【０００８】
また、この発明の波長可変発振器において、光路長変化手段を、楔型ディレイを以って構成し、波長可変選択手段を、楔型ディレイに固定され、選択波長がレーザ光の透過位置に依存する波長可変フィルタを以って構成してあることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の波長可変発振器の実施の形態について説明する。尚、参照する図面は、この発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明は図示例にのみ限定されるものではない。
【００１０】
図１に、この実施の形態の波長可変発振器の模式図を示す。この実施の形態の波長可変発振器は、半導体レーザ１２から発振されたレーザ光を共振させるリング型共振器１０を具えている。このリング型共振器１０は、ポロプリズム１４、第１反射器１６および第２反射器１８を以ってレーザ光の周回の光路２０を規定している。そして、この周回の光路２０上に、前後をコリメートレンズ２２ａおよび２２ｂにはさまれた半導体レーザ１２を具えている。また、この波長可変発振器は、この周回の光路２０上に、アイソレータ２４のほか、このリング型共振器１０の共振器長Ｗを変える共振器長可変手段２６としての楔型ディレイ２６と、この共振器長Ｗによって決まる縦モードの中から選択される発振波長λを変える波長可変選択手段２８としての波長可変フィルタ２８とを具えている。
【００１１】
半導体レーザ１２から発振されたレーザ光は、コリメートレンズ２２ａを経てポロプリズム１４で反射される。ポロプリズム１４で反射されたレーザ光は、楔型ディレイ２６、波長可変フィルタ２８およびアイソレータ２４を順次に透過して、第１反射器１６で反射される。第１反射器１６で反射されたレーザ光は、第２反射器１８で反射されて、コリメートレンズ２２ｂを経て半導体レーザ１２に入射する。また、第２反射器１８で、レーザ光を分けて周回の光路２０上のレーザ光の一部を取り出している。
【００１２】
この楔型ディレイ26は、固定楔26aとこれと摺動する可動楔26bとを以って構成される光学素子である。固定楔26aおよび可動楔26bは、それぞれ、主表面32と主表面34とに対して僅かに傾いた主平面30aと主平面30bとを有する。これらの相対する2つの主平面30aと主平面30bとは固定楔26aに対して可動楔26bが摺動することが可能とされた摺動面として構成されている。また、主表面32と主平面30aとがなす頂角及び主表面34と主平面30bとがなす頂角は互いに等しく設定されている。固定楔26aおよび可動楔26bのそれぞれの主表面32および34には、それぞれレーザ光が垂直に入射し、垂直に出射する。
【００１３】
そして、可動楔２６ａの主表面３４には、波長可変フィルタ２８が固定されている。この波長可変フィルタ２８は、可動楔の主表面の最大傾斜方向に沿ってレーザ光の透過位置が移動すると透過波長も連続的にずれるという透過特性を有し、かつ、その透過波長は、可動楔の厚さが薄くなる程、連続的に短くなるように設定されている。
【００１４】
また、可動楔を移動させることによるレーザ光の可動楔中の光路長の変化量は、リング型共振器の共振器長の変化量となる。そして、共振器長と、波長フィルタによって選択される発振波長とを、可動楔を移動させることにより、両者の変化量の間に以下の関係を保ちつつ同時に変化する。
【００１５】
即ち、共振器長（Ｗ）と発振波長（λ）とは、共振器長（Ｗ）に対する当該共振器長の変化量（ΔＷ）の比率（ΔＷ／Ｗ）と、発振波長（λ）に対する当該発振波長の変化量（Δλ）の比率（Δλ／λ）とを一致させた状態で、同時に変化する。この状態は、共振器長をＷ、共振器長の変化量をΔＷ、発振波長をλ、発振波長の変化量をΔλと表すと、下記の（１）式に示す対応条件で表せる。
【００１６】
Δλ／λ＝ΔＷ／Ｗ・・・（１）
また、（１）式の対応条件は、共振器長に対する発振波長の比率を一定に保った状態で、共振器長および発振波長を同時に変化させることと同じである。これは、下記の（２）式に示す条件で表せる。
【００１７】
λ／Ｗ＝Δλ／ΔＷ・・・（２）
そして、上記（１）式に示した対応条件を満足した状態で可動楔を移動させてレーザ光の透過位置を移動させることによって、発振波長を実時間で単一縦モードで連続的に掃引することができる。
【００１８】
また、この発明の波長可変発振器によれば、リング型共振器を用いているので、往復型外部共振器の場合のように縦モードの節の位置が制約を受けない。従って、上記の（１）式に示した条件を満足した状態で、共振器長と発振波長とを同時に変えることによって、その次数の縦モードの節の位置が変わっても何ら問題は生じない。
【００１９】
次に、図２を参照して、単一縦モードで連続的に発振波長が変化する様子について説明する。図２の（Ａ）および（Ｂ）は、縦モードおよび波長可変フィルタの透過特性を模式的に示すグラフである。図２の各グラフの横軸は波長（任意単位）を表し、左側の縦軸は、縦モードの強度（任意単位）を表し、右側の縦軸は波長可変フィルタの透過率（任意単位）を表す。図２の各グラフ中、縦モードをＩで示し、波長可変フィルタの透過特性を曲線IIで示す。
【００２０】
先ず、共振器長がＷ0 のときに、図２の（Ａ）に示すように、第ｍ次の縦モードで発振波長がλ0 のレーザ光が発振されているとする。このとき、波長可変フィルタの透過率は、第ｍ（ｍは整数）次の縦モードの波長λ0 で透過率が極大となるようにしてある。
【００２１】
次に、可動楔を移動させることによって、上述の（１）式の対応条件を満足しつつ、共振器長をΔＷだけ変化させてＷ1 にすると同時に、波長可変フィルタの透過率が極大となる波長（透過率極大波長）をΔλだけ変化させてλ1 にする。この場合、（１）式の対応条件を満足しているので、下記の（３）式が成り立つ。
【００２２】
λ0 ／Ｗ0 ＝（λ0 ＋Δλ）／（Ｗ0 ＋ΔＷ）＝λ1 ／Ｗ1 ・・・（３）
従って、発振波長をλ0 からλ1 に変化させると、第ｍ次の縦モードが常に透過率極大波長と一致したままで、連続的に変化する。このため、単一縦モードで連続的に発振波長を掃引することができる。
【００２３】
【実施例】
次に、上述の実施の形態において説明した波長可変発振器の数値例をおよび発振結果について説明する。
【００２４】
この実施例における可動楔の主表面に固定された波長可変フィルタは、可動楔の主表面の最大傾斜方向に沿った方向に１ｍｍ移動すると、透過波長が１ｎｍずつずれる透過特性を有しており、かつ、透過波長は、可動楔の厚さが薄くなる程短くなるように設定されている。
【００２５】
従って、可動楔を摺動面の最大傾斜方向に沿ってＬ0 だけ移動したときに波長可変フィルタがレーザ光の光路に対して移動する距離Ｌ1 は、可動楔の頂角をθとすると、下記の（４）式で求められる。
【００２６】
Ｌ1 ＝Ｌ0 ×ｃｏｓθ・・・（４）
この（４）式に、例えばＬ0 ＝１ｍｍ、θ＝１９．５°の数値を代入して移動距離を求めると、
Ｌ1 ＝１（ｍｍ）×ｃｏｓ（１９．５°）＝０．９４３（ｍｍ）
従って、摺動面に沿って可動楔を１ｍｍ移動させると、波長可変フィルタのレーザ光の透過位置は０．９４３ｍｍ移動する。このため、可動楔を１ｍｍ移動させたときの、波長可変フィルタの透過波長の変化量、即ち、発振波長の変化量Δλは、０．９４３ｎｍとなる。
【００２７】
一方、このとき可動楔を透過するレーザ光の光路長の変化量ΔＷは、可動楔の屈折率をｎS 、空気の屈折率をｎ0 とすると、下記の（５）式で求められる。
【００２８】
ΔＷ＝Ｌ0 ×ｓｉｎ（θ）×（ｎS −ｎ0 ）・・・（５）
この（５）式に、ｎS ＝１．５、ｎ0 ＝１．０の数値を代入して光路長の変化量ΔＷを求めると、
0003646751.tif 000002
従って、前述した対応条件、λ／Ｗ＝Δλ／ΔＷ・・・（１）を満たすためには、例えば、発振波長λが１５５０ｎｍのとき、共振器長Ｗが２６３ｍｍとなるように、リング型共振器の反射プリズムの位置を設定しておけば良い。
【００２９】
そして、上記の対応条件を満足したまま、可動楔を移動させることにより、単一縦モードを維持して連続的に発振波長を変化させることができる。
【００３０】
尚、この実施例では波長可変フィルタとして株式会社応用光電研究室製のものを使用した。
【００３１】
次に、図３に、可動楔の移動量と発振波長との関係の測定結果を示す。図３のグラフの横軸は、可動楔の移動量（μｍ）を示す。この移動量は、可動楔の厚さの比較的厚い部分をレーザ光が透過する位置を０として、透過位置での可動楔の厚さが薄くなる方向に移動した距離で表している。また、グラフの縦軸は、発振波長（μｍ）を示している。このグラフ中の曲線III は、測定結果をペンレコーダで記録した結果である。但し、曲線Ｉ中のＰ1 およびＰ2 で示した段差は、測定中に可動楔を掃引するモータが止まったために生じた段差である。この曲線III に示すように、可動楔の掃引に伴って波長１．５６５μｍから１．５５５μｍの範囲にわたって、連続的に発振波長を変化させることができる。また、可動楔の移動距離に対して、実質的に直線的に発振波長を変化させることができる。
【００３２】
上述した各実施の形態および実施例では、これらの発明を特定の条件で構成した例についてのみ説明したが、これらの発明は多くの変更および変形を行うことができる。例えば、上述した実施例では、楔の頂角を１９．５°としたが、この発明において、楔型ディレイを用いる場合は、頂角はこの値に限定されるものではない。また、上述した実施例において、楔形ディレイの最大傾斜方向に沿って可動楔を移動させたが、移動方向は、この方向に限定されるものではない。
【００３３】
また、上述した実施例では、発振波長の掃引範囲が、波長可変フィルタの透過波長幅２０μｍによって制限されているが、この透過波長幅をより広くすれば、光源に使用する半導体レーザの全発振帯域内にわたって発振波長を連続的に変化させることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
また、この発明の波長可変発振器によれば、リング型共振器を用いているので、往復型外部共振器の場合のように縦モードの節の位置が制約を受けない。このため、共振器長を変えることによって、その次数の縦モードの節の位置が変わっても何ら問題を生じない。その結果、共振器長の調整を容易に行うことができる。
【００３５】
また、共振器長可変手段および発振波長可変手段として、楔型ディレイおよびそれに固定されて一体化した可変フィルタを用いれば、楔型ディレイの可動楔をずらすだけで、透過波長を上記の（１）式の対応条件を満たしたまま、自動的に変化させることができる。このため、この対応条件を満たすために、楔型ディレイと波長可変フィルタとの連動機構を他に設ける必要がない。その結果、装置の構成を簡単にすることができる。また、固定楔および可動楔からなる楔型ディレイを用いることにより、レーザ光の光路を変えることなく光路長を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の波長可変発振器の構成の説明に供する図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、波長可変発振器の縦モードおよび発振波長の変化の説明に供する図である。
【図３】実施例の波長可変発振器の発振結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：リング型共振器
１２：半導体レーザ
１４：ポロプリズム
１６：第１反射器
１８：第２反射器
２０：光路
２２ａ、２２ｂ：コリメートレンズ
２４：アイソレータ
２６：共振器長可変手段（楔型ディレイ）
２６ａ：固定楔
２６ｂ：可動楔
２８：波長可変選択手段（波長可変フィルタ）
３０：摺動面
３２、３４：主表面
【図１】
0003646751.tif 000003
【図２】
0003646751.tif 000004
【図３】
0003646751.tif 000005