(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子としての回折格子と、
該回折格子で波長選択された光を全反射させて再び回折格子に入射させるミラーと、
前記回折格子からの選択光を分岐させる光分岐素子と、
を備え、
前記回折格子で波長選択された光を、ミラーで全反射させて再び回折格子に入射させて、回折格子で再度波長選択されて波長選択性が高められた光を前記光分岐素子によって分岐させ、その分岐させた一方の光を出力光として、前記波長選択性が高められた光を取り出すように構成したことを特徴とする外部共振器型光源。
【請求項２】
発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子としてのバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを透過して波長選択された光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再びバンドパスフィルタへと入射させるミラーと、
前記バンドパスフィルタを透過した選択光を分岐させる光分岐素子と、
を備え、
前記バンドパスフィルタを透過して波長選択された光を、ミラーで向きを１８０゜変えて反射し、再びバンドパスフィルタへと入射させて、バンドパスフィルタを再度透過して波長選択されて波長選択性が高められた光を前記光分岐素子によって分岐させ、その分岐させた一方の光を出力光として、前記波長選択性が高められた光を取り出すように構成したことを特徴とする外部共振器型光源。
【請求項３】
前記波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の外部共振器型光源。
【請求項４】
前記発光素子の光軸に対して垂直方向に、前記波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えたことを特徴とする請求項２記載の外部共振器型光源。
【請求項５】
発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、
前記回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を備えたことを特徴とする外部共振器型光源。
【請求項６】
発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、
前記回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再び前記回折格子へ入射させるミラーを設け、
該ミラーは、角度の異なる少なくとも２以上の反射面を備えた多面反射ミラーであることを特徴とする外部共振器型光源。
【請求項７】
前記発光素子は、半導体レーザからなることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の外部共振器型光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長選択素子を備えた外部共振器型光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の外部共振器型光源の一例として、外部共振器型半導体レーザ光源（以下、半導体レーザをＬＤと略称する）について、図５及び図６を参照しながら説明する。
図５は、従来技術における外部共振器型ＬＤ光源の一構成例を示す図、図６は、図５の外部共振器型ＬＤ光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【０００３】
図５の従来例において、２００はＬＤであり、２０１、２０２はＬＤの端面を表している。通常、外部共振器型ＬＤ光源では、ＬＤ両端面でのファブリペロ共振を避けるため、片方の端面２０１に反射防止膜が施されている。
この反射防止膜が施された端面２０１から出射した光は、レンズ２１０により平行光にされてから、波長選択素子である回折格子２２０に入射する。なお、波長選択素子としては、バンドパスフィルタを用いることも可能である。
そして、回折格子２２０によって波長選択された光は、向きを１８０゜変えて進行し、レンズ２１０によって集光されてから、ＬＤ２００に帰還する。ここで、ＬＤ２００の端面２０２と回折格子２２０とにより外部共振器が構成され、レーザ発振をする。
一方、反射防止膜の施されていない端面２０２から出射した光は、レンズ２３０により平行光にされ、光アイソレータ２４０を通過し、レンズ２５０により集光されて、光ファイバ２６０から出力光として取り出される。
この出力光の波長成分は、図６に示すように、回折格子２２０において選択された単一の波長が支配的となるが、この他にＬＤ２００自身から直接レンズ２３０側に出射した広波長帯域の自然放出光も含まれることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記の外部共振器型ＬＤ光源においては、出力光の中に、波長選択素子で選択された波長のレーザ光と、発光素子からの自然放出光とが含まれているため、光パワーメータと組み合わせて各種光学フィルタ特性などを測定しようとした場合、正確な測定ができないという問題があった。特に、ノッチ型フィルタにおいては、それが顕著であった。
こうした単一波長のレーザ光と広波長帯域の自然放出光とのパワーの比は、一般的に、サイドモード抑圧比と呼ばれ、上記従来例の場合には、それが４０ｄＢ程度であった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を有する外部共振器型光源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、発光素子と、
該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子と、
を備えた外部共振器型光源において、
前記発光素子と前記波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、
前記波長選択素子からの選択光を前記光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出す構成とした。
【０００７】
この請求項１記載の発明によれば、発光素子と波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、波長選択素子からの選択光を光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出すことにより、出力光が、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、波長純度の高いものとなる。
【０００８】
ここで、発光素子は、例えば、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどが挙げられる。光分岐素子としては、無偏光ビームスプリッタなどである。また、波長選択素子としては、フィルタ型、回折格子型などが挙げられる。
【０００９】
請求項１記載の発明は、さらに、前記波長選択素子が、回折格子からなる構成とした。
この請求項１記載の発明によれば、波長選択素子が、回折格子からなるため、回折格子に入射した光は、回折格子において波長選択が行われ、特定の波長の光だけが、光の向きを１８０゜変えて、光分岐素子へと入射する。
【００１０】
請求項１記載の発明は、さらに、前記回折格子で波長選択された光を、ミラーで全反射させて再び回折格子に入射させるように構成した。
この請求項１記載の発明によれば、回折格子において２回の波長選択が行われ、それにより波長選択性をさらに高めることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、発光素子と、該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる波長選択素子と、を備え、前記発光素子と前記波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、前記波長選択素子からの選択光を前記光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出す外部共振器型光源であって、前記波長選択素子が、バンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した選択光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再び前記バンドパスフィルタへと入射させるミラーと、から構成されている。
【００１２】
この請求項２記載の発明によれば、波長選択素子がバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した選択光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再びバンドパスフィルタへと入射させるミラーとから構成されるため、発光素子よりバンドパスフィルタに入射した光は、バンドパスフィルタを通過する過程で、波長選択が行われ、特定の波長の光のみが透過する。また、バンドパスフィルタを透過した特定の波長の光は、ミラーにより反射され、光の向きを１８０゜変えて、光分岐素子へと入射する。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の外部共振器型光源であって、前記波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えた構成とした。
この請求項３記載の発明によれば、波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えたため、波長選択素子を任意の角度に回転させることにより、その回転角に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の外部共振器型光源であって、前記発光素子の光軸に対して垂直方向に、前記波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えた構成とした。
この請求項４記載の発明によれば、発光素子の光軸に対して垂直方向に、波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えたため、波長選択素子を所定量移動させることにより、その移動量に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、発光素子と、該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、前記回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を備えた構成とした。
【００１６】
この請求項５記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光が反射体によって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、発光素子と、該発光素子から出射した光を波長選択し、前記発光素子に帰還させる回折格子と、を備えた外部共振器型光源において、前記回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再び前記回折格子へ入射させるミラーを設け、該ミラーが、角度の異なる少なくとも２以上の反射面を備えた多面反射ミラーである構成とした。
【００１８】
この請求項６記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再び回折格子へ入射させるミラーを設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子へ帰還する。また、ミラーが、角度の異なる少なくとも２以上の反射面を備えた多面反射ミラーであるため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光がミラーによって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の外部共振器型光源であって、前記発光素子が、半導体レーザからなる構成とした。
【００２０】
この請求項７記載の発明によれば、発光素子が、半導体レーザからなるため、発光スペクトル幅が狭く、出力光を高い精度でコリメートできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る外部共振器型光源の実施の形態例について、図１〜図４の図面を参照しながら説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態例］
図１は、本発明を適用した外部共振器型光源の第１の実施の形態例を示す構成図である。
この実施の形態例の外部共振器型光源は、図１に示すように、発光素子１、該発光素子１から出射した光を波長選択する波長選択素子３、該波長選択素子３からの選択光４を出力光４Ａと帰還光４Ｂとに分岐させる光分岐素子２等から構成されている。
【００２３】
このように構成される外部共振器型光源において、発光素子１の一方の端面１ａより出射した光は、光分岐素子２を介して波長選択素子３に入射する。この波長選択素子３に入射した光は、波長選択されたのち、向きを１８０゜変えて進行し、光分岐素子２へと入射する。
そして、光分岐素子２へと入射した選択光４は、一部が、光分岐素子２を透過し、帰還光４Ｂとして発光素子１へと帰還する。ここで、波長選択素子３と発光素子１の端面１ｂとにより外部共振器が構成され、レーザ発振をする。
また、光分岐素子２を透過しなかった光は、光分岐素子２において反射され、向きを９０゜変えて、出力光４Ａとして外部へと出力されることとなる。
【００２４】
また、波長選択素子３は、図には現れない回転機構やスライドステージによって、角度調整や共振器長調整が行われ、それにより、波長可変が行われるようになっている。
【００２５】
次に、この外部共振器型光源において、発光素子１がＬＤ、光分岐素子２が無偏光ビームスプリッタ、波長選択素子３が回折格子である場合について、図２を参照しながら説明する。
図２は、外部共振器型光源として例示する外部共振器型ＬＤ光源を示す構成図、図３は、図２の外部共振器型ＬＤ光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【００２６】
この外部共振器型ＬＤ光源は、図２に示すように、発光素子としてのＬＤ１００、レンズ１１０、光分岐素子としての無偏光ビームスプリッタ１２０、波長選択素子としての回折格子１３０、光アイソレータ１４０、レンズ１５０、光ファイバ１６０等により構成されている。そして、ＬＤ１００の端面１０１には、従来と同様に、反射防止膜が施されている。
【００２７】
このように構成される外部共振器型ＬＤ光源において、端面１０１から出射した光はレンズ１１０により平行光にされ無偏光ビームスプリッタ１２０を通過したのち回折格子１３０に入射する。
ここで、無偏光ビームスプリッタ１２０は、透過率８０％（反射率２０％）のものを使用しているため、無偏光ビームスプリッタ１２０に入射した光の８０％が回折格子１３０に入射することになる。
そして、回折格子１３０に入射した光は、波長選択されたのち、向きを１８０゜変えて進行し、再度、無偏光ビームスプリッタ１２０に入射する。そして、無偏光ビームスプリッタ１２０において、入射した光の８０％は透過し、２０％は反射して向きを変えて進行する。
無偏光ビームスプリッタ１２０を透過した光は、そのまま直進し、レンズ１１０により集光された後、ＬＤ１００に帰還する。ここで、回折格子１２０とＬＤの端面１０２とにより外部共振器が構成され、レーザ発振をする。
一方、無偏光ビームスプリッタ１２０において、反射した光は、向きを９０゜変えて進行し、光アイソレータ１４０を通過してから、レンズ１５０により集光され、光ファイバ１６０により出力光として外部に取り出される。
【００２８】
こうして外部に取り出された出力光は、ＬＤ１００の内部で発生した自然放出光成分が回折格子１３０において波長選択されているため、図３に示すように、選択波長以外の成分は極めて低くなり、そのサイドモード抑圧比が６０ｄＢを超える値となる。
【００２９】
また、例えば、回折格子１３０で波長選択された光を、一旦横に逃がした後、その逃がした光をミラーで全反射させて再び回折格子１３０に入射させれば、回折格子１３０において２回の波長選択が行われ、それにより波長選択性をさらに高めることもできる。
【００３０】
また、波長選択素子３は、上記の回折格子１３０以外にも、例えば、バンドパスフィルタを用いることも可能である。
その場合には、ＬＤ１００の端面１０１から出射した光は、無偏光ビームスプリッタ１２０を通過して、バンドパスフィルタに入射する。このバンドパスフィルタに入射した光は、バンドパスフィルタを通過する過程で波長選択が行われ、特定の波長の光だけが透過する。そして、透過した光はミラーに反射されて、光の向きを１８０゜変えて進行し、再度、バンドパスフィルタを透過してから、無偏光ビームスプリッタ１２０に入射する。
無偏光ビームスプリッタ１２０に入射した光は、前述と同様に、分岐され、一方は、光ファイバ１６０により出力光として外部に取り出され、他方は、ＬＤ１００に帰還する。
【００３１】
以上のように、第１の実施の形態例の外部共振器型光源によれば、発光素子１と波長選択素子３との間に光分岐素子２を配置し、波長選択素子３からの選択光を光分岐素子２によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出すことにより、出力光が、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、波長純度の高いものとなる。
また、回転機構等により、波長選択素子３を任意の角度に回転させれば、その回転角に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
また、スライドステージ等により、発光素子１の光軸方向に波長選択素子３を所定量移動させれば、その移動量に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【００３２】
［第２の実施の形態例］
図４は、本発明を適用した外部共振器型ＬＤ光源の第２の実施の形態例を示すもので、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は側方から見た図、（ｃ）はミラーの側面図である。
【００３３】
この実施の形態例の外部共振器型ＬＤ光源は、図４に示すように、ＬＤ１００、レンズ１１０、回折格子１３０、光アイソレータ１４０、レンズ１５０、光ファイバ１６０、ミラー１７０等により構成されている。この第２の実施の形態例において、前述の第１の実施の形態例と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
ミラー１７０は、角度の異なる複数の反射面を持つ多面反射ミラーとなっていて、第１反射面１７１と、第２反射面１７２とを備えている。
第１反射面１７１は、回折格子１３０からの選択光を、向きを１８０゜変えて進行させ、再び回折格子１３０に入射させてから、帰還光としてＬＤ１００に帰還させる。
一方、第２反射面１７２は、回折格子１３０からの光を、回折格子１３０の溝方向に角度をずらして戻す。この回折格子１３０に再入射した光は、反射してＬＤ１００の光軸とはずれた方向に進行し、光アイソレータ１４０を通過してから、レンズ１５０により集光され、光ファイバ１６０により出力光として外部に取り出される。
【００３４】
即ち、この実施の形態例の場合には、回折格子１３０からの帰還光をミラー１７０の反射角度を複数にすることにより分離しているので、ＬＤ１００と回折格子１３０との間に光分岐素子を設ける必要がなくなる。
また、ミラー１７０を、例えば、部分反射膜の単一反射面にして、その透過光を出力光とすることも可能であるが、その場合、ビームプロファイルが楕円となるため、効率よく光ファイバに結合するのが困難となる。
【００３５】
以上のように、第２の実施の形態例の外部共振器型ＬＤ光源によれば、回折格子１３０で波長選択された光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再び回折格子１３０へ入射させるミラー１７０を設けたため、回折格子１３０で波長選択された光の一部は、ＬＤ１００へ帰還する。また、ミラー１７０が、角度の異なる少なくとも２以上の反射面を備えた多面反射ミラーであるため、回折格子１３０で波長選択された光の一部は、ＬＤ１００の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子１３０において波長選択された光がミラー１７０によって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００３６】
なお、本発明は、この実施の形態の外部共振器型ＬＤ光源に限定されるものではなく、例えば、発光素子として半導体レーザ以外に、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどを用いることも可能である。
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、発光素子と波長選択素子との間に光分岐素子を配置し、波長選択素子からの選択光を光分岐素子によって分岐させ、該分岐させた一方の光を出力光として取り出すことにより、出力光が、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、波長純度の高いものとなる。
【００３８】
そして、請求項１記載の発明によれば、波長選択素子が、回折格子からなるため、回折格子に入射した光は、回折格子において波長選択が行われ、特定の波長の光だけが、光の向きを１８０゜変えて、光分岐素子へと入射する。
さらに、請求項１記載の発明によれば、回折格子において２回の波長選択が行われ、それにより波長選択性をさらに高めることができる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、波長選択素子がバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した選択光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再びバンドパスフィルタへと入射させるミラーとから構成されるため、発光素子よりバンドパスフィルタに入射した光は、バンドパスフィルタを通過する過程で、波長選択が行われ、特定の波長の光のみが透過する。また、バンドパスフィルタを透過した特定の波長の光は、ミラーにより反射され、光の向きを１８０゜変えて、光分岐素子へと入射する。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、波長選択素子を任意の角度に回転させる回転機構を備えたため、波長選択素子を任意の角度に回転させることにより、その回転角に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
請求項４記載の発明によれば、発光素子の光軸に対して垂直方向に、波長選択素子を所定量移動させるスライドステージを備えたため、波長選択素子を所定量移動させることにより、その移動量に応じた任意の波長を選択することが可能となる。
【００４１】
請求項５記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射して、光軸とはずれた方向に進行させる反射体を設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光が反射体によって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００４２】
請求項６記載の発明によれば、回折格子で波長選択された光を反射し、光の向きを１８０゜変えて再び回折格子へ入射させるミラーを設けたため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子へ帰還する。また、ミラーが、角度の異なる少なくとも２以上の反射面を備えた多面反射ミラーであるため、回折格子で波長選択された光の一部は、発光素子の光軸とは異なる方向に進行する。
従って、回折格子において波長選択された光がミラーによって分岐されるため、分岐された一方の光を出力光として取り出すことができる。即ち、選択した波長以外の不要な自然放出光成分をカットした、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００４３】
請求項７記載の発明によれば、発光素子が、半導体レーザからなるため、発光スペクトル幅が狭く、出力光を高い精度でコリメートできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した外部共振器型光源の第１の実施の形態例を示す構成図である。
【図２】外部共振器型光源として例示する外部共振器型ＬＤ光源を示す構成図である。
【図３】図２の外部共振器型ＬＤ光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【図４】本発明を適用した外部共振器型ＬＤ光源の第２の実施の形態例を示すもので、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は側方から見た図、（ｃ）はミラーの側面図である。
【図５】従来技術における外部共振器型ＬＤ光源の一構成例を示す図である。
【図６】図５の外部共振器型ＬＤ光源の出力光のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１            発光素子
２            光分岐素子
３            波長選択素子
４            選択光
４Ａ          出力光
４Ｂ          帰還光
１００        ＬＤ
１２０        無偏光ビームスプリッタ
１３０        回折格子
１７０        ミラー
【図１】
0003654401.tif 000002
【図２】
0003654401.tif 000003
【図３】
0003654401.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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