(57)【要約】【課題】  断熱構造を用いることなく、温度変化の影響に対する波長誤差の抑制を図る波長可変光源を実現することを目的にする。【解決手段】  本発明は、光学ベースに半導体レーザおよび回折格子が固定され、波長可変の際にモードホップを抑止する位置を回転中心として回転する波長選択ミラーが設けられるリットマン配置型の波長可変光源に改良を加えたものである。本光源は、モータと、一端でモータの駆動力を受けて回転し、他端が光学ベースに対して所定の位置に設けられ、熱膨張率が光学ベースよりも大きい送りネジと、この送りネジに送り可能にはめ合わされる第１のナットと、この第１のナットに一端が固定される板バネと、回転中心に回転軸が設けられ、この回転軸から概略Ｖ字に形成される第１の腕部と第２の腕部を有するミラーアームとを備え、ミラーアームの第１の腕部に波長選択ミラーが固定され、ミラーアームの第２の腕部に板バネの他端が固定されることを特徴とするものである。【選択図】                    図１
2006086430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ベースに半導体レーザおよび回折格子が固定され、波長可変の際にモードホップを抑止する位置を回転中心として回転する波長選択ミラーが設けられるリットマン配置型の波長可変光源において、
モータと、
一端で前記モータの駆動力を受けて回転し、他端が前記光学ベースに対して所定の位置に設けられ、熱膨張率が前記光学ベースよりも大きい送りネジと、
この送りネジに送り可能にはめ合わされる第１のナットと、
この第１のナットに一端が固定される板バネと、
前記回転中心に回転軸が設けられ、この回転軸から概略Ｖ字に形成される第１の腕部と第２の腕部を有するミラーアームと
を備え、前記ミラーアームの第１の腕部に前記波長選択ミラーが固定され、前記ミラーアームの第２の腕部に前記板バネの他端が固定されることを特徴とする波長可変光源。
【請求項２】
前記送りネジに送り可能にはめ合わされ、前記第１のナットに対して前記送りネジの他端側に設けられる第２のナットと、
前記第１のナットに固定されると共に前記第２のナットに接し、前記第２のナットの回り止めをするプレートと、
前記第２のナットと前記第１のナットとの間に圧縮バネと
を備え、前記第１のナットは、前記送りネジよりも熱膨張率が大きいことを特徴とする波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ベースに半導体レーザおよび回折格子が固定され、波長可変の際にモードホップを抑止する位置を回転中心として回転する波長選択ミラーが設けられるリットマン配置型の波長可変光源に関し、詳しくは、断熱構造を用いることなく、温度変化の影響に対する波長誤差の抑制を図る波長可変光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の外部共振器型の波長可変光源の構成を示した図である（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。図５において、リットマン配置型の外部共振器型の波長可変光源を例に説明する。光増幅部１０は、半導体レーザ１１、第１のレンズ１２、第２のレンズ１３を有する。半導体レーザ１１は、一端に反射防止膜１１ａを有する。波長選択部２０は、回折格子２１、波長選択ミラー２２とを有し、光増幅部１０の一端から入射される光を波長選択し、光増幅部１１に帰還する。
【０００３】
そして、半導体レーザ１１の一端（反射防止膜１１ａのある端面）から出射された光は、第１のレンズ１２で平行光にされ回折格子２１に入射する。そして、回折格子２１に入射した光は回折格子２１によって回折され、波長ごとに異なる角度に波長分散され、波長選択ミラー２２に入射する。さらに波長選択ミラー２２に入射した光のうち、所望の波長の光のみが、同一の光路で回折格子２１に反射される。
【０００４】
そして、回折格子２１に入射された光は再度波長分散され、波長選択部２０で選択された波長の光のみが第１のレンズ１２によって半導体レーザ１１で収束し、帰還する。ここで、半導体レーザ１１の他端と波長選択ミラー２２とにより外部共振器が形成され、レーザ発振が行われる。
【０００５】
一方、反射防止膜１１ａの施されていない他端から出射したレーザ光は、第２のレンズ１３によって平行光にされ、図示しないアイソレータを通過し出力光として出射される。
【０００６】
なお、波長選択ミラー２２の回転中心Ｐ１は、回折格子２１の回折面の延長線、波長選択ミラー２２の反射面の延長線、外部共振器を形成する面（厳密には半導体レーザ１１の屈折率の影響により半導体レーザ１１の他端である反射面よりも、やや第２のレンズ１３側）の延長線のそれぞれが交差する点となる。このような半導体レーザ１１、回折格子２１、波長選択ミラー２２の配置は、リットマン配置（またはサインバー配置）とよばれ、このリットマン配置によれば、広い帯域にわたりモードホップの発生を防止でき、光出力の変動の少ない連続的な波長掃引が可能となる。すなわち、波長可変に際してモードホップを抑止し得る位置に回転中心Ｐ１が設けられている。
【０００７】
ミラーアーム３１は、回転中心Ｐ１に回転軸が設けられ、波長選択ミラー２２が固定される。ステッピングモータ（以下、モータと略す）３２は、ネジ３３を介してミラーアーム３１の一端に接する。引張りバネ３４は、ネジ３３と平行に設けられる。
【０００８】
例えば、モータ３２を回転させてネジ３３でミラーアーム３１を押す（図５中、左方向）。これにより、リットマン配置を保ったまま、ミラーアーム３１が回転中心Ｐ１を中心として回転する。従って、波長選択部２０で選択される波長と回折格子２１と波長選択ミラー２２との光路長が変わり、出力光の波長も短波方向へ変化する。
【０００９】
逆に、モータ３２を逆方向に回転させてネジ３３がミラーアーム３１から離れる方向（図５中、右方向）に移動するが、引張りバネ３４によって、ミラーアーム３１がモータ３２側に引っ張られる。これにより、リットマン配置を保ったまま、ミラーアーム３１が回転中心Ｐ１を中心として回転する。従って、波長選択部２０で選択される波長と回折格子２１と波長選択ミラー２２との光路長が変わり、出力光の波長も長波方向へ変化する。
【００１０】
このように、波長選択ミラー２２が固定されたミラーアーム３１を回転中心Ｐ１を中心に回転させることにより、波長掃引を行っている。
【００１１】
【非特許文献１】ジー・リットマン（G.Littman）、他１名、「ノーベル・ジオメトリー・フォー・シングルモード・スキャニング・オブ・チューナブル・レーザー（Novel Geometry for single-mode scanning of tunable lasers）」、オプティクス・レターズ（OPTICS LATTERS）、オプティカル・ソサイエティ・オブ・アメリカ（Optical Society of America）、１９８１年３月、第６巻、第３号、ｐ１１７−１１８
【特許文献１】特開２００２−１９６０４２号公報（段落番号０００２−０００４、第６−８図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図５に示す可変波長光源では、波長選択ミラー２２の回転により波長を可変する。そして、所望の波長を安定して出力するためには、半導体レーザ１１から回折格子２１を介して波長選択ミラー２２に至るまでの外部共振器長が常に一定である必要がある。また、モードホップのない波長可変光源とするには、図５に示すようにサインバー配置とする必要がある。
【００１３】
しかしながら、通常、光増幅部１０、波長選択部２０、ミラーアーム３１は図示しない光学ベース上に配置される。そのため、周囲温度の変化や半導体レーザ１１の発熱の変化によって、光学ベース自体に熱膨張、熱収縮が生じる。従って、光学ベース上に配置される光増幅部１０、波長選択部２０、ミラーアーム３１の位置関係も変動し、外部共振器長が変化して波長誤差が生じるという問題があった。
【００１４】
もちろん、光学ベースの熱膨張、熱収縮による影響をなくすために、波長可変光源全体を断熱構造とする構成もあるが、装置全体が非常に大きくなってしまう。
【００１５】
そこで本発明の目的は、断熱構造を用いることなく、温度変化の影響に対する波長誤差の抑制を図る波長可変光源を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の発明は、
光学ベースに半導体レーザおよび回折格子が固定され、波長可変の際にモードホップを抑止する位置を回転中心として回転する波長選択ミラーが設けられるリットマン配置型の波長可変光源において、
モータと、
一端で前記モータの駆動力を受けて回転し、他端が前記光学ベースに対して所定の位置に設けられ、熱膨張率が前記光学ベースよりも大きい送りネジと、
この送りネジに送り可能にはめ合わされる第１のナットと、
この第１のナットに一端が固定される板バネと、
前記回転中心に回転軸が設けられ、この回転軸から概略Ｖ字に形成される第１の腕部と第２の腕部を有するミラーアームと
を備え、前記ミラーアームの第１の腕部に前記波長選択ミラーが固定され、前記ミラーアームの第２の腕部に前記板バネの他端が固定されることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記送りネジに送り可能にはめ合わされ、前記第１のナットに対して前記送りネジの他端側に設けられる第２のナットと、
前記第１のナットに固定されると共に前記第２のナットに接し、前記第２のナットの回り止めをするプレートと、
前記第２のナットと前記第１のナットとの間に圧縮バネと
を備え、前記第１のナットは、前記送りネジよりも熱膨張率が大きいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１、２によれば、光学ベースが熱膨張または熱収縮すると共に、送りネジが光学ベースに対して所定の位置となる点を基準点として、光学ベースよりも大きく熱膨張または熱収縮する。そして、モータが回転しなくとも、送りネジの熱膨張または熱収縮に伴なって第１のナット、板バネを介してミラーアームが、外部共振器長の変動を補正する方向に回転する。これにより、断熱構造を用いることなく、温度変化の影響に対する波長誤差の抑制を図ることができ、装置を小型化することができる。
【００１９】
また、第１のナットは直線運動であり、ミラーアームは回転中心を中心とする回転運動を行なう。しかし、板バネが、第１のナットとミラーアームの第２の腕部とを連結しているので、板バネが変形することにより第１のナット、ミラーアームに無理な力が加わることなく、第１のナットの直線方向の力をミラーアームの回転方向の力に伝達でき、ミラーアームを滑らかに回転させることができる。
【００２０】
請求項２によれば、光学ベースが熱膨張すると、第１のナットが送りネジよりも大きく熱膨張するので内径が大きくなる。そして、第１、第２のナットの間に圧縮バネが設けられているので、この圧縮バネが第１のナットをモータ側に常に押す。これにより、板バネを介してミラーアームが、外部共振器長の変動を補正する方向（具体的には、外部共振器長を短くする方向）に回転する。これにより、断熱構造を用いることなく、温度変化の影響に対する波長誤差の抑制をより図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示す構成図である。ここで、図５と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、光学ベース１００の上に光増幅部１０の各部品１１〜１３、回折格子２１、モータ３２が固定される。また、ミラーアーム３１の代わりにミラーアーム４１が設けられる。ミラーアーム４１は、波長選択ミラー２２の回転中心に回転軸が設けられ、この回転軸から概略Ｖ字に第１の腕部４１ａと第２の腕部４１ｂが設けられる。そして、第１の腕部４１ａに波長選択ミラー２２が固定される。
【００２２】
ネジ３３の代わりに送りネジ４２が設けられる。なお、引張りバネ３４は、取り外される。そして、送りネジ４２を保持するホルダ４３、４４が新たに設けられ、これらのホルダ４３、４４は、光学ベース１００に固定される。送りネジ４２は、一端がホルダ４４で保持されてモータ３２の駆動力を受けて回転し、他端がホルダ４３に保持される。なお、ネジ４２は、ホルダ４４に対しては軸方向に沿って移動が可能であり、他端の先端がホルダ４３に常に接している。従って、ネジ４２の他端の先端が光学ベース１００に対して所定の位置になる。また、ネジ４２の熱膨張率は、光学ベース１００よりも大きい。
【００２３】
第１のナット４５が新たに設けられ、送りネジ４２に送り可能にはめ合わされる。板バネ４６が新たに設けられ、一端が第１のナット４５固定され、他端がミラーアームの第２の腕部４１ｂの端面に固定される。従って板バネ４６は、第１のナット４５の回り止めも兼ねる。
【００２４】
このような装置の動作を説明する。
まず、波長掃引の動作を説明する。例えば、回折格子２１と波長選択ミラー２２との光路長を長くする場合、すなわち外部共振器長を長くする場合から説明する。モータ３２が回転し、このモータ３２の駆動力をうけてネジ４２も回転する。この回転によってナット４５がネジ４２の軸に沿ってホルダ４３側に移動する（図１中、左方向）。これにより、リットマン配置を保ったまま、ミラーアーム４１が回転中心Ｐ１を中心として反時計方向に回転する。従って、波長選択部２０で選択される波長が変わり、出力光の波長も変化する。
【００２５】
逆に、回折格子２１と波長選択ミラー２２との光路長を短くする場合、すなわち外部共振器長を短くする場合は、モータ３２が逆回転し、このモータ３２の駆動力をうけてネジ４２も回転する。この回転によってナット４５がネジ４２の軸に沿ってモータ３２側に移動する（図１中、右方向）。これにより、リットマン配置を保ったまま、ミラーアーム４１が回転中心Ｐ１を中心として時計方向に回転する。従って、波長選択部２０で選択される波長が変わり、出力光の波長も変化する。
【００２６】
このように、波長選択ミラー２２が固定されたミラーアーム４１を回転中心Ｐ１を中心に回転させることにより、波長掃引を行う。
【００２７】
続いて、温度が変動し、光学ベース１００が熱膨張、熱収縮した場合の動作を図２を用いて説明する。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。また、光路を示す矢印や動作の説明に関係のない符号は図示も省略している。
【００２８】
まず、光学ベース１００が熱膨張する場合の動作を説明する。光学ベース１００が熱膨張すると、光学ベース１００に固定される半導体レーザ１１、回折格子２１の位置が移動する。また、ミラーアーム４１が膨張するのに伴なってミラー２２も移動する。これにより、外部共振器長が長くなる。さらに回折格子２１も熱膨張により単位長さあたりの溝本数が減るため選択波長も光路長変化と同期して長波へ変化する。一方、送りネジ４２も膨張するが、ネジ４２の熱膨張率が光学ベース１００よりも大きく、ネジ４２の他端がホルダ４３に接しているので、ホルダ４３と接する位置を基準点としてモータ３２側に光学ベース１００の膨張よりも大きく膨張する（図２中、矢印Ａ１を参照）。
【００２９】
従って、モータ３２が回転しなくともナット４５もモータ３２側に移動する（図２中、矢印Ａ２を参照）。もちろん、ミラーアーム４１の第２の腕部４１ｂが板バネを介してナット４５に連結されているので、ミラーアーム４１の第１の腕部４１ａに固定される波長選択ミラー２２も回転中心Ｐ１を中心として回折格子２１側の方向に回転移動する（図２中、矢印Ａ３を参照）。
【００３０】
逆に、光学ベース１００が熱収縮する場合は、熱膨張と反対に動作して、波長選択ミラー２２が回転中心Ｐ１を中心として回折格子２１から離れる方向に回転移動する。
【００３１】
なお、半導体レーザ１１が回折格子２１を介して波長選択ミラー２２とでレーザ発振し、半導体レーザ１１の他端からレーザ光を出力する動作は、図５に示す装置と同様なので説明を省略する。
【００３２】
このように、光学ベース１００が熱膨張または熱収縮すると共に、送りネジ４２がホルダ４３と接する点を基準点として、光学ベース１００よりも大きく熱膨張または熱収縮する。そして、モータ３２が回転しなくとも、送りネジ４２の熱膨張または熱収縮に伴なってナット４５、板バネ４６を介してミラーアーム４１が、外部共振器長の変動を補正する方向に回転する。これにより、断熱構造を用いることなく、温度変化の影響に対する波長誤差の抑制を図ることができ、装置を小型化することができる。
【００３３】
また、ナット４５は直線運動であり、ミラーアーム４１は回転中心Ｐ１を中心とする回転運動を行なう。しかし、板バネ４６が、ナット４５とミラーアーム４１の第２の腕部４１ｂとを連結しているので、板バネ４６が変形することによりナット４５、ミラーアーム４１に無理な力が加わることなく、ナット４５の直線方向の力をミラーアーム４１の回転方向の力に伝達でき、ミラーアーム４１を滑らかに回転させることができる。
【００３４】
［第２の実施例］
図３は、本発明の第２の実施例を示す構成図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。また、光学ベース１００、増幅部１０、回折格子２１の図示も省略する。図３において、送りネジ４２に送り可能にはめ合わされ、第１のナット４５に対して送りネジ４２の他端側に第２のナット４７が新たに設けられる。なお、第１のナット４５の熱膨張率は、送りネジ４２よりも大きい。
【００３５】
また、第２のナット４７と第１のナット４５とを連結するプレート４８が新たに設けられる。プレート４８は、第１のナット４５に図示しないネジで固定されると共に第２のナット４７に接し、第２のナットの回り止めをする。そして、第２のナット４７と第１のナット４５との間に、コイル状の圧縮バネ４９が新たに設けられる。なお、第２のナット４７は、プレート４８と面接触するように外周が加工される。
【００３６】
このような装置の動作を説明する。また、図４は、図３に示す送りネジ４２、第１のナット４５、圧縮バネ４９が接する部分を詳細に説明した図であり、図４（ａ）は熱膨張前の図であり、図４（ｂ）は熱膨張後の図である。ここで、図３と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。なお、ネジ４２は、圧縮バネ４９の中心を貫通しているが、図４では省略している。
【００３７】
光学ベース１００が熱膨張する前は、図４（ａ）に示すように送りネジ４２、ナット４５は、ほぼ隙間無くネジ合わせされている。また、ナット４５、４７の間に設けられる圧縮バネ４９によって、ナット４５が常にモータ３２側に押される。
【００３８】
そして、光学ベース１００が熱膨張すると、図４（ｂ）に示すようにナット４５も熱膨張する。ナット４５は、送りネジ４２よりも大きく熱膨張するので、ナット４５の内径も大きくなるが、圧縮バネ４９によって、モータ３２側に押され、モータ３２側に移動する。なお、熱膨張前のナット４５は斜線で示してある。これによって、モータ３２が回転しなくとも、ミラーアーム４１の第２の腕部４１ｂが板バネを介してナット４５に連結されているので、図２中の矢印Ａ３と同様にミラーアーム４１の第１の腕部４１ａに固定される波長選択ミラー２２も回転中心Ｐ１を中心として回折格子２１側の方向に回転移動する。上記以外の動作は図１に示す装置と同様なので説明を省略する。
【００３９】
このように、光学ベース１００が熱膨張すると、第１のナット４５が送りネジ４２よりも大きく熱膨張するので内径が大きくなる。そして、ナット４５、４７の間に圧縮バネ４９が設けられているので、この圧縮バネ４９がナット４５をモータ３２側に常に押す。これにより、板バネ４６を介してミラーアーム４１が、外部共振器長の変動を補正する方向（具体的には、外部共振器長を短くする方向）に回転する。これにより、断熱構造を用いることなく、温度変化の影響に対する波長誤差の抑制をより図ることができる。
【００４０】
また、熱膨張、熱収縮によって第１のナット４５が膨張、収縮したとしても、圧縮バネ４９が、第１のナット４５と送りネジ４２とを常に所定の力でネジ合わせする。これにより、モータ３２を駆動させて送りネジ４２を回転させても、温度によらず駆動トルクが一定となり、バッククラッシュを軽減することができる。
【００４１】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。
図１、図３に示す波長可変光源において、ホルダ４３、４４は、光学ベース１００に取り付け固定する構成を示したが、光学ベース１００と一体形成しても構わない。
【００４２】
また、図３に示す波長可変光源において、圧縮バネ４９は、コイル状の構成を示したが、要は、ナット４５をモータ３２側に押すものであればどのような形状の圧縮バネでもよい。
【００４３】
さらに、図３に示す波長可変光源において、第１のナット４５の熱膨張率が送りネジ４２よりも大きい構成を示したが、第１のナット４５と送りネジ４２の熱膨張率をほぼ同じものとし、圧縮バネ４９は、単にバッククラッシュを軽減させるものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施例を示した構成図である。
【図２】図１に示す装置における熱膨張時の動作を説明した図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示した構成図である。
【図４】図３に示す装置の一部を詳細に示した構成図である。
【図５】従来のリットマン配置型の波長可変光源の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１  半導体レーザ
２１  回折格子
２２  波長選択ミラー
３２  ステッピングモータ
４１  ミラーアーム
４１ａ  第１の腕部
４１ｂ  第２の腕部
４２  送りネジ
４５  第１のナット
４６  板バネ
４７  第２のナット
４８  プレート
４９  圧縮バネ
【図１】
2006086430.tif 000003
【図２】
2006086430.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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