(57)【要約】  【課題】  外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を広い範囲にわたり判定する波長判定装置及び波長判定方法を提供する。  【解決手段】  外部共振器型半導体レーザ５０から射出されたレーザ光は、２つの検出器２０２、２０３によって２段階に判定される。検出器２０２はオプティカルウェッジ２０４を備え、その反射光の光強度が２分割ディテクタ２０６で検出される。一方、検出器２０３はオプティカルウェッジ２０５を備え、その反射光の強度が２分割ディテクタ２０７で検出される。２つのオプティカルウェッジ２０４、２０５は、それぞれ異なる波長範囲のレーザ光を受光しても、ほとんど同じ干渉縞を生じるよう、ウエッジ角や板厚が調整される。これにより、２分割ディテクタ２０６からの差分値を用いてレーザ光の概略的な波長の範囲が決定され、その後２分割ディテクタ２０７からの差分値を用いて詳細なレベルの波長が決定される。【選択図】  図１７
2006010499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第１方向に関して異なる光強度分布を有する第１反射光を射出する第１反射手段と、
前記第１反射手段からの前記第１反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第１光検出手段と、
前記外部共振器型半導体レーザから射出される前記レーザ光の少なくとも一部を受光し、第２方向に関して異なる光強度分布を有する第２反射光を射出する第２反射手段と、
前記第２反射手段からの前記第２反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第２光検出手段と、
前記第１光検出手段の、前記少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第１差分値として求め、前記第２光検出手段の、前記少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第２差分値として求め、前記第１差分値および前記第２差分値に基づいて、前記レーザ光の波長の判定を行う波長判定手段とを有し、
前記第１光検出手段および前記第２光検出手段は、それぞれ前記第１反射光と前記第２反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出することを特徴とする波長判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記第１反射手段は、前記第１反射光の光強度分布が第１波長範囲にわたり、前記第１方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第２反射手段は、前記第２反射光の光強度分布が前記第１波長範囲より狭い第２波長範囲にわたり、前記第２方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第１反射光の変化の周期と前記第２反射光の変化の周期の差が所定の範囲内であることを特徴とする波長判定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の波長判定装置において、
前記第１波長範囲の幅は、前記第２波長範囲の幅の少なくとも１０倍以上であることを特徴とする波長判定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記波長判定手段は、前記第１差分値によって、前記レーザ光の前記波長を概略的な値として特定し、前記第２差分値によって、前記レーザ光の前記波長をより詳細な値として特定することを特徴とする波長判定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記第１反射手段および前記第２反射手段は、それぞれ２つの反射面を有し、前記２つの反射面のそれぞれの延長平面が所定の角度をなすように構成され、前記それぞれの延長平面が交差する部分から所定の距離だけ離れた位置で前記レーザ光を受光するよう配置され、さらに、
前記第１反射手段および前記第２反射手段の前記所定の角度および前記所定の距離は、前記レーザ光の前記波長を特定することが可能なように、個別に調整されることを特徴とする波長判定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の波長判定装置において、
前記第１反射手段の前記所定の距離は、前記第２反射手段の前記所定の距離より小さいことを特徴とする波長判定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の波長判定装置において、
少なくとも前記第１反射手段および前記第２反射手段のいずれかが、オプティカルウェッジであることを特徴とする波長判定装置。
【請求項８】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記第１差分値および前記第２差分値が、それぞれ対応する、前記少なくとも２つの受光位置で得られた検出信号の合計値によってノーマライズされていることを特徴とする波長判定装置。
【請求項９】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記第１光検出手段および前記第２光検出手段は、それぞれ、１つまたは複数の光検出器を有し、
前記検出信号が、前記１つまたは複数の光検出器によって得られることを特徴とする波長判定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の波長判定装置において、
前記光検出器がフォトダイオードまたはＣＣＤであることを特徴とする波長判定装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記外部共振器型半導体レーザ内の半導体レーザに提供する電流値を、前記第２差分値に基づき、所定の値だけ増加または減少させる制御手段をさらに備えることを特徴とする波長判定装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記第１反射手段は、前記第２反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成され、または、
前記第２反射手段は、前記第１反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成されることを特徴とする波長判定装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の波長判定装置において、
前記第１光検出手段の、前記少なくとも２つの受光位置は、前記第１方向と平行な方向に沿って設定され、
前記第２光検出手段の、前記少なくとも２つの受光位置は、前記第２方向と平行な方向に沿って設定されることを特徴とする波長判定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の波長判定装置において、
前記少なくとも２つの受光位置の間隔は、前記第１反射光と前記第２反射光の光強度分布に応じ、有効な前記第１差分値および前記第２差分値が求められるように調整されることを特徴とする波長判定装置。
【請求項１５】
外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第１方向に関して異なる光強度分布を有する第１反射光を射出する第１反射手段からの前記第１反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第１光検出ステップと、
前記外部共振器型半導体レーザから射出される前記レーザ光の少なくとも一部を受光し、第２方向に関して異なる光強度分布を有する第２反射光を射出する第２反射手段からの前記第２反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第２光検出ステップと、
前記第１光検出ステップで検出された、前記少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第１差分値として求め、前記第２光検出ステップで検出された、前記少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第２差分値として求め、前記第１差分値および前記第２差分値に基づいて、前記レーザ光の波長の判定を行う波長判定ステップとを有し、
前記第１光検出ステップおよび前記第２光検出ステップは、それぞれ前記第１反射光と前記第２反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出することを特徴とする波長判定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記第１反射手段は、前記第１反射光の光強度分布が第１波長範囲にわたり、前記第１方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第２反射手段は、前記第２反射光の光強度分布が前記第１波長範囲より狭い第２波長範囲にわたり、前記第２方向に沿って周期的に変化するよう構成され、
前記第１反射光の変化の周期と前記第２反射光の変化の周期の差が所定の範囲内であることを特徴とする波長判定方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の波長判定方法において、
前記第１波長範囲の幅は、前記第２波長範囲の幅の少なくとも１０倍以上であることを特徴とする波長判定方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記波長判定ステップは、前記第１差分値によって、前記レーザ光の前記波長を概略的な値として特定し、前記第２差分値によって、前記レーザ光の前記波長をより詳細な値として特定することを特徴とする波長判定方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記第１反射手段および前記第２反射手段は、それぞれ２つの反射面を有し、前記２つの反射面のそれぞれの延長平面が所定の角度をなすように構成され、前記それぞれの延長平面が交差する部分から所定の距離だけ離れた位置で前記レーザ光を受光するよう配置され、さらに、
前記第１反射手段および前記第２反射手段の前記所定の角度および前記所定の距離は、前記レーザ光の前記波長を特定することが可能なように、個別に調整されることを特徴とする波長判定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の波長判定方法において、
前記第１反射手段の前記所定の距離は、前記第２反射手段の前記所定の距離より小さいことを特徴とする波長判定方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の波長判定方法において、
少なくとも前記第１反射手段および前記第２反射手段のいずれかが、オプティカルウェッジであることを特徴とする波長判定方法。
【請求項２２】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記第１差分値および前記第２差分値が、それぞれ対応する、前記少なくとも２つの受光位置で得られた検出信号の合計値によってノーマライズされていることを特徴とする波長判定方法。
【請求項２３】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記第１光検出ステップおよび前記第２光検出ステップは、それぞれ、１つまたは複数の光検出器を使用して光検出を行うことを特徴とする波長判定方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の波長判定方法において、
前記光検出器がフォトダイオードまたはＣＣＤであることを特徴とする波長判定方法。
【請求項２５】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記外部共振器型半導体レーザ内の半導体レーザに提供する電流値を、前記第２差分値に基づき、所定の値だけ増加または減少させる制御ステップをさらに備えることを特徴とする波長判定方法。
【請求項２６】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記第１反射手段は、前記第２反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成され、または、
前記第２反射手段は、前記第１反射手段を透過した前記レーザ光を受光するよう構成されることを特徴とする波長判定方法。
【請求項２７】
請求項１５に記載の波長判定方法において、
前記第１光検出ステップの、前記少なくとも２つの受光位置は、前記第１方向と平行な方向に沿って設定され、
前記第２光検出ステップの、前記少なくとも２つの受光位置は、前記第２方向と平行な方向に沿って設定されることを特徴とする波長判定方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の波長判定方法において、
前記少なくとも２つの受光位置の間隔は、前記第１反射光と前記第２反射光の光強度分布に応じ、有効な前記第１差分値および前記第２差分値が求められるように調整されることを特徴とする波長判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外部共振器型半導体レーザを含むレーザ・システムに関し、より詳しくは、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を検出する波長判定装置、および波長判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ・システムは、小型でかつ低消費電力である等の理由から、情報機器に多く使われるようになってきた。たとえば、ホログラフィックデータストレージ（ＨＤＳ：Holographic Data Storage）については、シングルモード・レーザが用いられる。ＨＤＳは、１本のレーザ光をビームスプリッタで２本に分けた後に記録メディア上で再び合わせ、その干渉によってデータを記憶する。
【０００３】
このような、ホログラム記録再生用の光源としては、シングルモードの光源であるガスレーザやＳＨＧレーザが用いられることが多い。しかしながら、マルチモード発振である、レーザ・ダイオード（ＬＤ）のような半導体レーザでも、これを外部共振器と組み合わせることによってシングルモード化することができ、ホログラム記録再生用の光源として使用することが可能である。
【０００４】
ここで、従来の代表的な外部共振型半導体レーザを含むリットロー型のレーザ・システムの構成を、図２３を参照して説明する。図２３は、レーザ・システム３００の平面図である。このレーザ・システム３００の構成は、非特許文献１に記載されたレーザ・システムの構成と同様のものである。
【０００５】
【非特許文献１】L. Ricci, et al. :"A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics", Optics Communications, 117 1995, pp541-549
【０００６】
レーザ・システム３００では、レーザ・ダイオード３０１のような半導体レーザ素子から出射された縦多モードのレーザ光（発振光）がレンズ３０２によって平行に集められ、グレーティング（回折格子）３０３に入射される。グレーティング３０３は、入射した光の１次回折光を出力する。グレーティング３０３の配置角度に応じて特定の波長の１次回折光が、レンズ３０２を介してレーザ・ダイオード３０１に逆注入される。この結果、レーザ・ダイオード３０１が、注入された１次回折光に共振してシングルモードの光（矢印Ｆによって表された０次光）を出射するようになり、その光の波長は、グレーティング３０３から戻ってきた光の波長と同じになる。
【０００７】
この例では、ネジ３０５をピエゾ素子と組み合わせて、微妙なグレーティング３０３の角度を調整している。
【０００８】
次に、図２４のグラフを参照して、図２３で説明したような外部共振器型のレーザ・システムから出力されるレーザ光のレーザパワーと波長の関係を説明する。図２４に示すグラフの横軸はレーザパワーを示し、単位はｍＷである。一方、グラフの縦軸は波長を表しており、単位はｎｍである。図２４から分かるように、レーザ光のレーザパワーの増加に伴って、レーザ光の波長は、概ね、のこぎり状の変化を示す。
【０００９】
外部共振器型のレーザ・システムでは、レーザパワーの増加に伴って射出されたレーザ光の波長が徐々に大きくなる外部共振器モードホップの領域と、レーザパワーが増加した場合に、射出されたレーザ光の波長が急激に小さくなる、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域が存在する。このように、レーザ光の波長は、レーザパワーの増加に伴い、ある程度離散的に推移する。
【００１０】
また、たとえば、レーザパワーが３０ｍＷ付近では単一の波長のレーザ光が射出されて完全なシングルモードとなっているが、レーザパワーが３２ｍＷ付近では、３つのモード（３モード）の光が発生している。さらに、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域にあたる、レーザパワーが３５ｍＷの付近においては、波長４０９．７５ｎｍ付近で３モードの光が発生し、さらに波長４０９．７１５ｎｍ付近で３モードの光が発生し、全体として６モードの光が射出されている。
【００１１】
これらのレーザ光をＨＤＳに用いる場合、レーザパワーが３２ｍＷ付近で生じるような３モードの光や、２モードの光は、完全なシングルモードの光と同等の記録再生特性を示すので、シングルモードの光と同様に使用することができる。ここでは、たとえば、レーザパワーが３０ｍＷ付近で発生するような完全なシングルモードと、たとえば、レーザパワーが３２ｍＷ付近で生じるような３モードや２モードを総称して使用可能モードと呼ぶことにする。
【００１２】
一方、たとえば、レーザパワーが３５ｍＷ付近で生じるような６モード状態は、２つの３モードの組が、互いに約４０ｐｍ（０．０４ｎｍ）程度離れているために、良好なホログラム記録を実現することができない。ここでは、このようなモードを使用不可モードと呼ぶことにする。たとえば、使用可能モードでＭ／＃が６．５のホログラムメディアに対して、使用不可モードのレーザ光を用いて記録を行うと、Ｍ／＃は２．５に劣化してしまう。
【００１３】
使用可能モードのレーザ光が得られる領域は、上述の、外部共振器モードホップの領域にほぼ対応し、使用不可モードのレーザ光が得られる領域は、上述の、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域にほぼ対応する。図２４のグラフから分かるように、一般的には、使用可能モードのレーザ光が得られる領域の方が、使用不可モードのレーザ光が得られる領域よりはるかに広いので、使用不可モードのレーザ光を効果的に排除できれば、ＨＤＳに外部共振器型半導体レーザを用いることは十分可能である。
【００１４】
また、図２４に示すような、レーザパワーとレーザ光の波長の関係は、外部共振器型半導体レーザ内の温度によって変動する。たとえば、外部共振器型半導体レーザの半導体レーザの温度が一定でないと、使用不可モードとなるレーザパワーの位置が変化する。したがって、従来より、この外部共振器型半導体レーザ内の温度を、ほぼ一定に保ち（たとえば、１０ｍＫ内の変動に抑え）、使用不可モードのレーザ光が得られる領域が変動しないようにしたうえで、その領域に属するレーザパワーの使用を回避するという手法がとられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述した従来の手法により、使用不可モードのレーザ光が射出されないよう外部共振器型半導体レーザを制御するためには、外部共振器型半導体レーザ内の温度を、ほぼ一定に保ったうえで、レーザパワーを制御する必要があり、レーザ・システムの構造や制御が複雑なものとなる。
【００１６】
また、波長の検出結果を利用して、外部共振器型半導体レーザのレーザパワーを制御する方法も考えられるが、従来の波長検出装置は非常に大きく、高価なものであり、ＨＤＳ等の用途には適合しない。
【００１７】
またさらに、外部共振器型半導体レーザでは、グレーティングの設置角度を変えることによって、射出されるレーザ光の波長を、たとえば数ｎｍ変化させることができ、そのように波長の変化したレーザ光においてそれぞれ、レーザパワーの変動による波長の微細な変化（たとえば、０．０４ｎｍの範囲の変化）が現れる。そのため、使用不可モードのレーザ光と、使用可能モードのレーザ光を、数ｎｍの範囲の波長にわたって判定することができるレーザ・システムが必要となるが、現在、そのような機能を有するものは提案・開発されていない。
【００１８】
したがって、この発明の目的は、簡単な構造を用いて外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を、数ｎｍといった比較的広い範囲に亘って検出・判定する波長判定装置、および波長判定方法を提供することにある。
【００１９】
また、この発明のさらなる目的は、上記のような波長の検出結果に基づいて、レーザパワーを所定のレベルに制御し、ひいては、使用不可モードのレーザ光の使用を回避する波長判定装置、および波長判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明の第１の実施態様は、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第１方向に関して異なる光強度分布を有する第１反射光を射出する第１反射手段と、第１反射手段からの第１反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第１光検出手段と、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第２方向に関して異なる光強度分布を有する第２反射光を射出する第２反射手段と、第２反射手段からの第２反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第２光検出手段と、第１光検出手段の、少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第１差分値として求め、第２光検出手段の、少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第２差分値として求め、第１差分値および第２差分値に基づいて、レーザ光の波長の判定を行う波長判定手段とを有し、第１光検出手段および第２光検出手段は、それぞれ第１反射光と第２反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出するように構成された波長判定装置である。
【００２１】
また、この発明の第２の実施態様は、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第１方向に関して異なる光強度分布を有する第１反射光を射出する第１反射手段からの第１反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第１光検出ステップと、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の少なくとも一部を受光し、第２方向に関して異なる光強度分布を有する第２反射光を射出する第２反射手段からの第２反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する第２光検出ステップと、第１光検出ステップで検出された、少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第１差分値として求め、第２光検出ステップで検出された、少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を第２差分値として求め、第１差分値および第２差分値に基づいて、レーザ光の波長の判定を行う波長判定ステップとを有し、第１光検出ステップおよび第２光検出ステップは、それぞれ第１反射光と第２反射光の光強度分布の差に応じて、互いに異なる感度で光強度を検出するように構成された波長判定方法である。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係る波長判定装置、および波長判定方法によって、簡単な構造を用いて外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を、数ｎｍといった比較的広い範囲にわたって検出・判定することができる。また、このような検出結果に基づいて、半導体レーザのレーザパワーを制御し、レーザ光が、使用不可モードの波長となることを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明は、オプティカルウェッジのような反射手段を複数用いて、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を、数ｎｍといった、比較的広い範囲にわたって検出・判定し、必要に応じて、その検出結果に基づき、半導体レーザのパワーを制御しようとするものである。
【００２４】
この発明の具体的な形態について説明する前に、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を検出する、簡単な構造のレーザ・システムについて説明する。
【００２５】
最初に、当該レーザ・システムや、この発明の波長判定装置で用いられるオプティカルウェッジについて説明する。オプティカルウェッジとは、両面のなす角が数十分程度のガラス板である。これにレーザ光を約４５度傾けて入射すると、ガラス板の表面と裏面で反射した光が干渉縞を形成する。
【００２６】
図１は、オプティカルウェッジ１にレーザ光３が入射された様子を示す略線図である。レーザ光３は、オプティカルウェッジ１で反射し、曇りガラス２に入射する。オプティカルウェッジ１は、図１に示す座標のｚ軸方向に進むにつれて、厚さｄが小さくなるように形成されている。ｚ軸方向は、図１の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。また、ｘ軸方向は、オプティカルウェッジ１の表面１ａおよび裏面１ｂに平行でかつｙ軸と垂直な方向であり、ｙ軸方向は、ｘ軸とｚ軸に直行する方向である。
【００２７】
図２は、図１のような状況の場合に、曇りガラス２で観察することができる干渉縞の例を示す略線図である。レーザ光３は、オプティカルウェッジ１の表面１ａで反射して曇りガラス２に入射するとともに、オプティカルウェッジ１の裏面１ｂで反射して曇りガラス２に入射するため、光路差が生じ、その結果、図２のような干渉縞１０が発生する。図２では、それぞれの干渉縞１０が、ｚ軸とほぼ垂直の方向に発生するように示されているが、必ずしもこのような方向に発生するとは限らない。収差等の影響によって、ｚ軸に垂直な方向とは、かなり異なる角度で干渉縞１０が発生する場合もある。
【００２８】
後で説明するように、上記レーザ・システムでは、図２に示された干渉縞１０を人間が肉眼で見る必要はないので、曇りガラス２はこの発明に必須の構成要素ではない。上記レーザ・システムでは、干渉縞１０の検出に、少なくとも２つのディテクタを用いる。
【００２９】
ここで、オプティカルウェッジについてさらに詳細に説明を行う。図３に示すような、１本のレーザ中の光線Ａ、Ｂがオプティカルウェッジ１に入射する場合を考える。ここで、オプティカルウェッジ１は、図１に示すものと同様であり、図に示すｚ軸方向に進むにつれて、オプティカルウェッジ１の厚さｄが小さくなるように形成されている。
【００３０】
光線Ａは、オプティカルウェッジ１の表面１ａで反射して光線Ｃとなり、光線Ｂは、オプティカルウェッジ１の裏面１ｂで反射して、やはり光線Ｃとなるとする。このとき、光線Ａと光線Ｂの光路差を求め、それを使って光線Ｃでの位相差を計算する。まず、Ｓｎｅｌｌの法則より、以下の式１の関係が成り立つ。
ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｎ      ・・・（式１）
一方、Ｌｇの長さは、以下の式２で表される。
Ｌｇ＝２ｄ＊ｔａｎθ’＊ｓｉｎθ      ・・・（式２）
また、光線Ｂが、オプティカルウェッジ１内を通過する距離Ｌｐは、以下の式３で表される。
Ｌｐ＝２（Ｌｐ／２）＝２（ｄ／ｃｏｓθ’）＝２ｄ／ｃｏｓθ’      ・・・（式３）
【００３１】
ここで、Ｌｐ’を、Ｌｐの光学距離とすると、Ｌｐ’は以下の式４で表される。
Ｌｐ’＝２ｎｄ／ｃｏｓθ’      ・・・（式４）
Ｌｐ’とＬｇの光路差△Ｌは、以下の式５となる。
△Ｌ＝Ｌｐ’−Ｌｇ＝２ｎｄ／ｃｏｓθ’−２ｄ＊ｔａｎθ’＊ｓｉｎθ＝２ｄ（ｎ／ｃｏｓθ’−ｓｉｎθ＊ｔａｎθ’）      ・・・（式５）
△Ｌによる位相差△δは、以下の式６で表される。
△δ＝２π＊△Ｌ／λ＋π      ・・・（式６）
ただし、πは反射時の位相変化のために付加されている。
ここで、光強度Ｉは、以下の式７となる。
Ｉ＝２（１＋ｃｏｓ△δ）      ・・・（式７）
ここで、重要でないファクタ「２」を除くと、光強度Ｉは、「１＋ｃｏｓ△δ」と近似できる。
【００３２】
図３に示すオプティカルウェッジ１は、ｘ軸に沿って見ると、先端部１５が角度（ウエッジ角）αで構成されるくさび型をしており、この様子が図４に示されている。しかしながら、オプティカルウェッジ１は、先端部１５までを有している必要はなく、通常は、先細の先端部分を含まない、およそ台形の形状で構成される。また、図４に示すように、オプティカルウェッジ１の厚さｄは、ｚ軸座標における変位ｚの関数となり、以下の式８のように表される。ここで、ｚは、ｚ軸上における、先端部１５からの距離である。
ｄ＝ｚ＊ｔａｎα      ・・・（式８）
【００３３】
オプティカルウェッジ１は、入射される光の波長、光が入射されるオプティカルウェッジ１の位置（図４に示すオプティカルウェッジ１の先端部１５からｚ軸方向への距離（ｚ））等により異なった干渉縞を発生させる。
【００３４】
ここで、オプティカルウェッジ１に入射される光は、外部共振器型半導体レーザからのレーザ光であり、図５に示すように、レーザパワーの変化に応じてのこぎり状の波長変化をするものとする。なお、これは、図２４に示したグラフと同様の波長変化を概略的に表したものである。すなわち、レーザパワーの増加に伴って波長が約４１０．００ｎｍから約４１０．０４ｎｍまで変化するが、レーザパワーがたとえば、２３ｍＷや３５ｍＷ付近になると、急激に波長が変化して、４１０．００ｎｍに戻り、この変化を周期的に繰り返す。また、この急激な変化が生じる際には、４１０．００ｎｍ付近の波長の光と４１０．０４ｎｍ付近の波長の光とが混在して、ホログラム記録等には適さない光（使用不可モードの光）となる。
【００３５】
図６は、波長λ１の光と波長λ２の光が入射されるオプティカルウェッジ１の位置に応じて、反射光の強度がどのように変化するかを示すグラフであり、縦軸は相対的な光強度を表し、横軸はオプティカルウェッジ１の先端部１５からの距離、すなわち、図４に示すオプティカルウェッジ１の先端部１５からｚ軸方向への距離（ｚ）を表している。
【００３６】
また、この例において、オプティカルウェッジ１については、屈折率ｎ＝１．５、入射角θ＝４５度、オプティカルウェッジ１のウエッジ角α＝０．０１度、波長λ１は４１０．００ｎｍ、波長λ２は４１．０４ｎｍとする。
【００３７】
図６は、波長λ１の光と波長λ２の光を、オプティカルウェッジ１の先端部１５から３ｍｍ程度までの間に照射した場合の、反射光の強度の変化を表している。この場合、２つの波長λ１と波長λ２が非常に近接しており、さらに、それらの光がオプティカルウェッジ１の先端部１５に近い部分に照射されているため、光路差もきわめて小さい。したがって、波長λ１の光の反射光の強度を表す曲線２１と波長λ２の光の反射光の強度を表す曲線２２は、ほぼ同一の周期的に変化する曲線となり、干渉縞は重なってはっきり見えることになる。
【００３８】
図７は、図６と同様に、オプティカルウェッジ１に入射した光の反射光の強度がどのように変化するかを示すものであるが、光の入射する位置が、オプティカルウェッジ１の先端部１５から１０００ｍｍ（１ｍ）付近である場合について示したものである。オプティカルウェッジ１の先端部１５からの距離が約１ｍといっても、１ｍの長さのオプティカルウェッジが必要なわけではない。上述のように、先端部１５から１ｍ付近の部分を台形に切り出して形成されるので、オプティカルウェッジ自体の大きさは小さくすることが可能である。
【００３９】
この場合、オプティカルウェッジ１の先端部１５から約１ｍの位置では、オプティカルウェッジ１の厚さｄがかなり大きく、これによって、λ１とλ２の波長差０．０４ｎｍが蓄積され、曲線２１と曲線２２のわずかな位相差が生じてくる。しかしながら、位相差が小さいため、それぞれの場合に観察される縞模様はほとんど変わらない。
【００４０】
これは、波長λ１の光と、波長λ２の光を個別に照射して実験した結果であるが、この結果をもとに、図４に示すような、のこぎり状の波長変化を繰り返す光が、このオプティカルウェッジ１に照射されたと仮定する。ここで、上記波長変化における波長の下限はλ１であるとし、上限はλ２であるとする。そうすると、最初は、波長λ１の光の反射光による曲線２１が現れる。その後、半導体レーザのレーザパワーを増加していくと、波長はλ１からλ２に徐々に変化して曲線２２に近づく。その後、さらにレーザパワーを増加していくと、曲線２１と曲線２２の両方が存在する状態となり、その後、波長λ１の光の反射光による曲線２１のみとなる。これ以降、レーザパワーの増大に伴って、上記のような干渉縞の変化（すなわち、光の強度分布）が周期的に観察されることになる。
【００４１】
また、図７に示す状態で、ウエッジ角αを大きくすると、曲線２１と曲線２２の周期がどちらも小さくなり、同じ距離における縞の数が、図７に示すものより多くなる。このように、光を照射するオプティカルウェッジの位置や、ウエッジ角α等を調整することによって、干渉縞の間隔（光強度分布の周期）等をコントロールすることが可能となる。
【００４２】
次に、図８を参照して、前述した外部共振器型半導体レーザからのレーザ光をオプティカルウェッジ１に照射した場合に発生する干渉縞を、２分割ディテクタ３２で受光する場合について考える。図８は、光の入射する位置が、オプティカルウェッジ１の先端部１５から３０００ｍｍ（３ｍ）付近である場合の干渉縞を表している。図８の上部は、オプティカルウェッジ１の表面と裏面で反射した光に対応する曲線３０を示すグラフである。グラフの横軸は、図３に示すｚ軸に対応し、縦軸は、干渉縞を構成する光の光量（光強度）を示す。この曲線３０は、ある波長のレーザ光を例に取ったものであるが、外部共振器型半導体レーザ内の半導体レーザに提供するレーザパワーを変化させれば波長が変化し、それに応じて、曲線３０の位相が変化する。図８の下部には、２分割ディテクタ３２内のディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂが示されており、その位置において、曲線３０で示された光の光量をそれぞれ検出する。
【００４３】
曲線３０で示された光のうち、光量の小さい部分は、領域３１として示されており、この部分は、干渉縞（縞模様）の暗く見える部分に対応する。ここで、図８に示した曲線３０は、波長が、たとえば、４１０．０２ｎｍのレーザ光を入射した場合のものであり、ディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂは、このときに、合計で最大の光量を受光するように位置調整されている。曲線３０で示された光の位相は、上述のように、オプティカルウェッジ１に入射する光の波長が４１０．００ｎｍから４１０．０４ｎｍまで変化すると、それに伴って変化し、上述の位置に設置されたディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂの受光光量も徐々に変化する。
【００４４】
また、ここで、ディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂの検出結果の差を求めることにより、プッシュプル値が求められ、これが図９に示されている。
【００４５】
ただし、図９は、各波長の光が、単独でオプティカルウェッジ１の所定の位置ｚに照射された場合である。しかしながら、たとえば、図５に示すように、急激な波長の変化が生じる場合は、約４１０．００ｎｍの波長（λ１）の光と約４１０．０４ｎｍの波長（λ２）の光とが混在しており、それぞれの波長に対応する光がほぼ逆相であるような場合には、干渉縞は現れず、上記プッシュプル値は０に近い値となる。
【００４６】
なお、プッシュプル値は、通常、光ディスクのトラッキング制御に用いられるものであり、このプッシュプル値を示すプッシュプル信号に基づいて、ピックアップがプッシュまたはプルされる。このレーザ・システムでは、プッシュプル信号に基づいて、所定の構成要素がプッシュまたはプルされるものではないが、差信号としての共通性から、便宜的にこの用語を用いるものとする。
【００４７】
また、こうして求められたプッシュプル値は、光量の増減によっても変化してしまうので、和信号を用いてノーマライズすることが望ましい。このようにノーマライズされたプッシュプル値と波長の関係が、図１０に表されている。
【００４８】
このように、上述のレーザ・システムにおいては、このプッシュプル値を算出することによって、それに対応する波長、すなわち、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を把握することできる。
【００４９】
また、前述のように、ほぼ逆相のレーザ光が混在するような状態では、ｚ軸に対して光量の変化が小さく、干渉縞ははっきりと現れない。上述の例では、波長が４１０．０２ｎｍの場合と、波長４１０．００ｎｍと波長４１０．０４ｎｍが混在する場合には、２つのディテクタの検出結果の差がほとんど０となる。しかしながら、こうしたプッシュプル値の遷移を把握し、所定のしきいを設けて判定を行うことにより、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を検出・判定することができる。
【００５０】
次に、このレーザ・システムの構成について説明する。図１１に示したレーザ・システム５１は、ビームスプリッタ５２、およびオプティカルウェッジ５３、さらに２分割ディテクタ５４、およびレーザ制御部５５を備える。レーザ・システム５１のビームスプリッタ５２は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光を受光する。外部共振器型半導体レーザ５０は、たとえば、リットロー型のブルーレーザである。ビームスプリッタ５２を通過した光５６は、たとえばＨＤＳに使用される。
【００５１】
ビームスプリッタ５２で反射した光５７は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の１０％以下が望ましく、発振モードをモニタするために使用される。逆に、ビームスプリッタ５２で反射する光をＨＤＳとして用い、ビームスプリッタ５２を通過する光をモニタ用としてもよい。ただし、この場合でも、モニタ用に使用する光は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の１０％以下が望ましい。これは単に、ＨＤＳのような、レーザ光の本来の目的に、より多くのパワーを配分するためである。
【００５２】
オプティカルウェッジ５３は、ビームスプリッタ５２で反射した光５７が約４５度の角度で入射するように配置される。オプティカルウェッジ５３の厚さｄが徐々に薄くなっていく方向は図中に示したｚ軸方向である。ｚ軸方向は、図の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。オプティカルウェッジ５３の表面と裏面で反射した光５８は、２分割ディテクタ５４によって受光される。２分割ディテクタ５４は、隣接する２つの独立したディテクタを有する。干渉縞をモニタする２分割ディテクタ５４内の２つのディテクタは、発生した干渉縞とほぼ垂直の方向に並んで配置される。干渉縞は、ｚ軸に対して垂直の方向に発生するとは限らないので、上記２つのディテクタは、ｚ軸方向に並んで配置されるとは限らない。
【００５３】
レーザ制御部５５は、２分割ディテクタ５４の出力を元に、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長を把握し、使用不可モードのレーザ光が射出されないように、外部共振器型半導体レーザ５０の半導体レーザに供給するレーザパワーを決定する。レーザ制御部５５については、後で詳細に説明する。
【００５４】
また、図１１に示す例では、外部共振器型半導体レーザ５０の外部にレーザ・システム５１を配置しているが、レーザ・システム５１を外部共振器型半導体レーザ５０内に組み込むこともできる。
【００５５】
次に、図１２を参照して、ビームスプリッタ５２を通過した光５６がどのようにしてＨＤＳに利用されるかを簡単に説明する。図１２には、シングルモードのレーザ光源を用いてホログラム記録再生を行うホログラム記録再生システム６０の構成が示されている。
【００５６】
ホログラムの記録および再生は、シングルモード・レーザの光源を使用して、参照光と信号光をホログラム記録メディアに照射することによって行われる。
【００５７】
レーザ光源６１は、ここでは、図１１に示した外部共振器型半導体レーザ５０とレーザ・システム５１を含むものに対応し、レーザ光源６１から射出されたレーザ光７０は、図１１に示した光５６に対応する。ホログラムの記録においては、所定の最適な時間だけ、所定のパワーのレーザ光をホログラム記録メディアに照射する必要があるが、そのような制御は、外部共振器型半導体レーザ５０内の半導体レーザに提供する電流（電圧）を制御することによって可能となる。また、レーザ光源６１の隣にシャッターを設け、そのシャッターによってレーザ光を照射するタイミングを制御するように構成してもよい。
【００５８】
レーザ光源６１から射出されたレーザ光７０は、ビームエキスパンダ６２に向けて射出され、そこでビーム径の拡大されたレーザ光７１となる。レーザ光７１は次に、ビームスプリッタ６３に入射し、２つのレーザ光に分けられる。
【００５９】
直進したレーザ光７２は、ミラー６４で反射され、さらにレンズ６５で集光され、参照光としてホログラム記録メディア６９に照射される。他方のレーザ光７３は、液晶素子等で構成される空間変調器６６で変調された信号光７４となる。信号光７４は、ミラー６７で反射され、記録用レンズ６８で集光され、ホログラム記録メディア６９上に照射される。このとき、信号光７４は、参照光７２がホログラム記録メディア６９上に照射される場所と同じ場所に照射され、これにより、ホログラム記録メディア６９にホログラムパターンが記録される。
【００６０】
このようなホログラム記録再生システム６０では、ホログラム記録メディア６９の同一領域を用いて多重記録・再生が可能である。ホログラム記録メディア６９に対して異なる入射角度の参照光を用いてホログラムを記録すれば、それぞれのホログラムは、記録時と同じ入射角度の参照光によって再生される。空間変調器６６では、複数画素を有する液晶素子が用いられるが、それぞれの信号光７４に対して異なる透過・遮蔽パターンの画素を用意することによって、ホログラム記録メディア６９に所望のデータを多重記録することができる（角度多重）。
【００６１】
次に、このレーザ・システム５１のレーザ制御部５５の構成を、図１３を参照して説明する。レーザ制御部５５は、２分割ディテクタ５４と外部共振器型半導体レーザ５０内の半導体レーザ９４に接続される。また、レーザ制御部５５は、ＮＳ判定回路９１、レーザパワー補正回路９２、半導体レーザ駆動回路９３を含む。
【００６２】
レーザ制御部５５のＮＳ判定回路９１には、２分割ディテクタ５４のディテクタ５４Ａとディテクタ５４Ｂが入射光のレーザパワーに応じて出力するそれぞれの電流が提供される。そこで、ＮＳ判定回路９１は、ディテクタ５４Ａの出力とディテクタ５４Ｂの出力との差（差信号）、および和（和信号）を求める。次に、ノーマライズした差信号（以降、これをＮＳと呼ぶことにする）を求める。ＮＳは、以下の式９によって求めることができる。
ＮＳ＝差信号／和信号        ・・・（式９）
【００６３】
その後、ＮＳの値を、前もって設定した範囲と比較し、ＮＳの値がその範囲内の値であればディジタル値１を、ＮＳの値が範囲外となっていればディジタル値０を出力する。設定範囲は、たとえば、−０．４から０．４の間とする。前述の図１０の例では、ＮＳ（ノーマライズされたプッシュプル値）の値が、０．５に近づいた場合に、不安定な使用不可モードとなり、波長の急激な変化が生じることが認められるからである。ただし、上記のようなしきい値は、ディテクタの位置や、オプティカルウェッジからの反射光の変化特性に応じて適宜調整することができる。このようなしきい値を用いることによって、外部共振器モードホップの領域で発生する波長の光が、外部共振器型半導体レーザに含まれる半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域で発生する波長の光に遷移する境界を判定することができ、結果的に使用不可モードのレーザ光の射出を回避することができる。
【００６４】
ＮＳ判定回路９１の出力が０である場合、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、半導体レーザ９４のレーザパワーを変えるよう指示する。たとえば、最初に、半導体レーザ９４のレーザパワーが３３ｍＷとなるようにし、ＮＳ判定回路９１で０が出力されるたびに、レーザパワーを３ｍＷ下げる制御とレーザパワーを３ｍＷ上げる制御とを交互に繰り返すようにする。
【００６５】
半導体レーザ駆動回路９３は、ＡＰＣ（Auto Power Control）を行う回路として既知のものであり、ここでは、これを流用することができる。
【００６６】
このような半導体レーザ９４に関するフィードバック制御によって、動的に使用可能モードになるよう半導体レーザ９４のレーザパワーをコントロールすることができる。このことは、たとえば、外部共振器型半導体レーザ５０や半導体レーザ９４の温度コントロールを行わない（あるいは、厳密な温度コントロールを行わない）ために、半導体レーザ９４の温度が変化して使用不能モードとなるレーザパワーに近づいた場合でも、自動的に使用可能モードへの復帰が実現される。
【００６７】
上述の例では、レーザパワー補正回路９２は、ＮＳ判定回路９１の出力に応じて、レーザパワーを約１０％変化させるよう制御を行う（たとえば、３３ｍＷを３０ｍＷに、または、３０ｍＷを３３ｍＷに変更する）が、この程度のレーザパワーの変化は、ＨＤＳの用途については問題とならない。ＨＤＳでは、ホログラム記録メディアへの照射パワーではなく、照射エネルギー（レーザパワー×記録時間）が問題となるので、レーザパワーが１０％減少した場合は、記録時間を約１１％（１／０．９＝１．１１１）増加させればよいことになる。また、レーザパワー補正回路９２の仕様を変更して、変化幅をより小さくしてもよい。
【００６８】
また、レーザパワーを徐々に増加させてホログラム記録を行うような場合は、ＮＳ判定回路９１の出力が０となった場合、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、通常の規則的なレーザパワー増加ルーチンとは別に、半導体レーザ９４のレーザパワーを数ｍＷ（たとえば、１ないし３ｍＷ程度）上げるよう指示し、波長が不安定となる使用不可モードをスキップするように制御することができる。
【００６９】
たとえば、外部共振器型半導体レーザからのレーザ光が、レーザパワーの増加によって図５のような変化をすると仮定すると（この時、半導体レーザの温度変化による波長の変化はないものとする）、最初に約１８ｍＷのレーザパワーを提供することによって４１０．０２ｎｍのレーザ光が射出され、それがレーザパワーの増加とともに、大きな波長となり、４１０．０４ｎｍに接近する。そうすると、２つのディテクタの検出結果から計算されたＮＳが−０．４以下となって、波長の不安定となる領域が近づいているという判断がされ、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、半導体レーザ９４のレーザパワーを数ｍＷ一気に上げるよう指示する。その結果、２４ｍＷ付近の領域はスキップされ、レーザ光は、安定した、４１０．００ｎｍを少し越えた波長となる。
【００７０】
その後、レーザパワーが徐々に増加して３５ｍＷに近づくと、再び、２つのディテクタの検出結果から計算されたＮＳが−０．４以下となって、波長の不安定となる領域が近づいているという判断がされ、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、半導体レーザ９４のレーザパワーを一気に数ｍＷ上げるよう指示する。その結果、３５ｍＷ付近の領域はスキップされ、レーザ光は、安定した、４１０．００ｎｍを少し越えた波長となり、以降、同様の制御が繰り返される。
【００７１】
上述したレーザ制御部５５内の各回路は、ＣＰＵおよびメモリを含むマイコンによる制御によって実現することもできる。この場合、各回路の動作は、メモリにロードされたプログラムによってコントロールされる。そのプログラムは必要に応じて変更することが可能であり、ＣＤ−ＲＯＭのような可搬型記録媒体やネットワークを経由して、マイコン内の記録装置やメモリに記録させることができる。
【００７２】
次に、上記レーザ・システム５１の変形例について説明する。図１４に示したレーザ・システム１０１は、ビームスプリッタ１０２、オプティカルウェッジ１０３、２分割ディテクタ１０４、レーザ制御部１０５、およびディテクタ１０６を備える。
【００７３】
レーザ・システム５１と比べると、ディテクタ１０６が追加になっている。オプティカルウェッジ１０３の厚さｄが小さくなる方向は、レーザ・システム５１と同様である。この例では、オプティカルウェッジ１０３を透過した光１１０を、総光量の代わりに用いることができる。たとえば、ディテクタ１０６で検出された結果を、上述した式９の分母である和信号として用いたり、半導体レーザ駆動回路９３でＡＰＣを行う際の信号として用いることができる。
【００７４】
ここで、オプティカルウェッジの具体的な構成について、図１５を参照して説明する。図９および図１０に示すようなプッシュプル値は、図１５に示すオプティカルウェッジ１２０が用いられている。このとき、２つのディテクタの幅はそれぞれ０．２ｍｍである。ここで、図１５に示す、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向は、たとえば、図１１に示すｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に対応する。オプティカルウェッジ１２０のウエッジ角αは０．０１度であり、ｚ軸方向の長さは１０．０ｍｍである。オプティカルウェッジ１２０のｙ軸方向の長さ（厚さ）は、一方の端部から他方に向かって（ｚ軸方向に沿って）徐々に小さくなり、最も小さい端部におけるｙ軸方向の長さ（板厚）は、０．５ｍｍである。ウエッジ角αは、オプティカルウェッジ１２０の２つの反射面１２１、１２２をそれぞれ延長した平面のなす角である。
【００７５】
上述した、図１１に示す外部共振器型半導体レーザ５０の波長変動幅は、図５に示すように０．０４ｎｍ（４１０．００ｎｍから４１０．０４ｎｍ）であったが、仮に、波長変動が０．１２ｎｍであるとすると、４１０．００ｎｍにおけるプッシュプル値（差信号）は、４１０．１２ｎｍにおけるプッシュプル値と同じになり、両者を区別することができない。これは、干渉縞に周期性があるためである。しかしながら、このような場合でも、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚を変更することにより、４１０．００ｎｍから４１０．１２ｎｍの範囲において、それぞれ異なるプッシュプル値をとるように調整することができる。
【００７６】
ところで、通常、ＨＤＳでは、単一の波長を用いるが、複数の波長を用いて波長多重を行う方法がある（一方、前述の多重方法は角度多重である）。たとえば、ホログラム材料のある１カ所に、４１０．００ｎｍの波長で記録し、次に４１０．１０ｎｍで記録し、というぐあいに、０．１０ｎｍごとに４１４．００ｎｍまで多重記録する。この場合、ホログラム材料の同一場所に４１回の波長多重記録が可能となる。しかしながら、この方法は、未だに実用化されていない。
【００７７】
この方法が実用化されていない主要な理由のひとつは、波長を容易に変えられる半導体レーザがないことであったが、波長変更が可能な半導体レーザ（チューナブル・レーザ）も開発が進んでおり、上述のような波長多重が実現される日も近い。
【００７８】
なお、このように波長変更が可能な半導体レーザにおける波長変更の方法は、外部共振器型半導体レーザの構成部品であるグレーティングの角度を変えることによって行われる。この態様について、図１６を参照して説明する。
【００７９】
図１６は、外部共振器型半導体レーザの構成部品であるグレーティング１３０、レンズ１３１、および半導体レーザ１３２を示している。グレーティング１３０は、半導体レーザ１３２からレーザ光１３３を受光すると、様々な波長の１次光１３４（１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ等）を射出し、ちょうど半導体レーザ１３２に戻る１次光の波長でシングルモードとなり、０次光１３５がグレーティング１３０から外部に射出される。
【００８０】
ここで、たとえば、グレーティング１３０を回転軸１３６を中心に矢印方向に（動的に）回転させることによって、グレーティング１３０が半導体レーザ１３２からのレーザ光を受光する角度を変えると、半導体レーザ１３２に入射する１次光１３４の波長が変化し、グレーティング１３０から外部に射出されるレーザ光１３５の発振波長を変えることができる。また、このような波長変更がされた後も、図５に示したような微細な波長変動は生じる。たとえば、グレーティング１３０を回転軸１３６を中心に回転させることによって、４１１．００ｎｍのレーザ光が射出されるように調整されている場合に、レーザパワーを変えると、その波長を含む０．０４ｎｍの波長幅の中で、レーザ光の波長が変動する。
【００８１】
したがって、このような、グレーティングの回転によって動的な波長変更が可能な外部共振器型半導体レーザを有するレーザ・システムでは、たとえば、４ｎｍといった、比較的大きい変動幅でレーザ光の波長を変動させることができる。この場合においても、前述したレーザ・システムについて、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚を変更することにより、これらの波長幅にわたって波長を検出するように構成することができる。しかしながら、このような構成のレーザ・システムでは、波長検出の精度が粗すぎて、射出されるレーザ光が使用可能モードであるか、使用不可モードであるかの判別をするような用途には適さない。
【００８２】
そこで、この発明では、光検出器を２つ備えて２段構成とし、一方がｎｍオーダーで波長検出を行い、他方が０．０１ｎｍオーダーで波長検出を行うようにする。すなわち、２つの光検出器が、それぞれ異なる感度で光強度を検出することによって、広い波長範囲にわたって、精度の高い波長検出を行おうとするものである。図１７には、この発明の波長判定装置を含むレーザ・システムの構成が示されている。
【００８３】
図１７に示すレーザ・システム２００は、図１１に示したものと同様の外部共振器型半導体レーザ５０、および波長判定装置２０１からなる。波長判定装置２０１は、第１検出器２０２と第２検出器２０３とを有し、第１検出器２０２は、オプティカルウェッジ２０４と２分割ディテクタ２０６を備える。第２検出器２０３も第１検出器２０２と同様の構成であり、オプティカルウェッジ２０５と２分割ディテクタ２０７を備える。波長判定装置２０１はさらに、レーザ制御部２０８を備え、第１検出器２０２の出力と第２検出器２０３の出力を受信する。また、ここで、ｚ軸方向は、図１７の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。また、ｘ軸方向は、それぞれのオプティカルウェッジの反射面に平行でかつｙ軸と垂直な方向であり、ｙ軸方向は、ｘ軸とｚ軸に直行する方向である（ｙ軸に沿ったオプティカルウェッジの厚さが板厚である）。
【００８４】
第１検出器２０２は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長をｎｍのオーダーで測定できるが、精度よく（たとえば、０．０１ｎｍのオーダーで）検出するのは難しく、０．０１ｎｍのオーダーで変化する使用可能モードと使用不可モードの判定を行うことはできない。一方、第２検出器２０３は、０．０１ｎｍのオーダーで外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長を測定できるが、前述のように、波長が０．１２ｎｍ異なるレーザ光を区別することができない。
【００８５】
第２検出器２０３では、図１５で示した構造と同様のオプティカルウェッジ２０５を用い、２分割ディテクタ２０７も、図１１で示した２分割ディテクタ５４と同様のものを使用する。ここで、それぞれのディテクタの幅は、たとえば０．２ｍｍである。このような構成を採用することにより、前述のように、０．０１ｎｍのオーダーで波長検出ができる。
【００８６】
一方、第１検出器２０２では、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長が、４ｎｍ変化した場合の縞模様の変化を、第２検出器２０３において外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長が０．０４ｎｍ変化した場合と同じになるように、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αや板厚等を調整する。
【００８７】
具体的には、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αを、図１５のオプティカルウェッジ１２０と同じく０．０１度とする。また、入射光の波長が４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量が、第２検出器２０３のオプティカルウェッジ２０５で０．０４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量とほぼ同じになるように、オプティカルウェッジ２０４の板厚を、オプティカルウェッジ２０５の板厚の１／１００としている。これは、０．０４ｎｍ／４ｎｍ＝１／１００の比による。
【００８８】
なお、この例では、オプティカルウェッジ２０４で、４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量は、オプティカルウェッジ２０５で０．０４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量とほぼ同じになるように調整されているが、これは、各オプティカルウェッジで反射した光の光強度分布の周期がほぼ同じであることを示している。しかしながら、この移動量（すなわち、光強度分布の周期）が厳密に同じである必要はない。対応する２分割ディテクタによって、プッシュプル値を適切に検出できる限り、これらを、異なる周期となるように調整してもよい。したがって、２つのオプティカルウェッジの反射光の周期については、一定の範囲の差が許容される。また、この例では、２つのオプティカルウェッジで、１００倍の違いがある波長範囲（４ｎｍと０．０４ｎｍ）について、同様の干渉縞の移動態様となるように調整しているが、使用するレーザ光の波長範囲や検出の必要性に鑑み、どのような差の波長範囲についても、同様の干渉縞を生成するように、２つのオプティカルウェッジ等を調整可能である。たとえば、数倍から１０倍、数十倍といった差を有する波長範囲を対象とすることもできる。
【００８９】
オプティカルウェッジ２０４の板厚（厚さが小さい方の板厚）は、前述の１／１００の比より、０．５ｍｍ／１００＝５μｍとなる。このことは、図６ないし図８から分かるように、オプティカルウェッジの板厚が小さい部分にレーザ光が入射されると、板厚の大きな場合に比べて、そのレーザ光の波長の変化に対する縞模様の変位の度合いが小さいという現象を利用するものである。また、ここで、板厚の調整は、実際には、オプティカルウェッジのウエッジ角αの先端部分からどれくらい離れた位置にレーザ光を受光するかを調整することに他ならない。先端部分は、オプティカルウェッジの２つの反射面を延長した平面が（仮想的に）交差する部分である。
【００９０】
ただし、オプティカルウェッジ２０４を、このような薄い構造とすると、耐久性が低下する危険性がある。そこで、この発明の一実施形態においては、図１８に示すようなオプティカルウェッジ２０４を用いる。ここでは、図１８のような構造の反射手段についても、便宜上、オプティカルウェッジと呼ぶことにする。
【００９１】
図１８のオプティカルウェッジ２０４は、２枚のガラス２２０を０．０１度傾けて併置し、ガラスの内側２２２の間隔が、最も狭いところで７．５μｍとなるようにしたものである。このガラスの内側２２２が、オプティカルウェッジの２つの反射面に相当する。２枚のガラス２２０の間には、空隙部２２３が形成される。２枚のガラス２２０の間隔は、前述の板厚の５μｍに相当するが、この例で７．５μｍとしているのは、図１５のようなオプティカルウェッジ１２０では、空隙部２２３がガラスで構成され、その屈折率が１．５であるのに対し、図１８のオプティカルウェッジ２０４の空隙部２２３は、空気であるため、その点を考慮して板厚が少し厚めに調整されている。２枚のガラス２２０の外面２２１には無反射コーティングがされ、そこでは無用な反射が起きないようにしてある。
【００９２】
このようなオプティカルウェッジ２０４の構成により、２枚のガラスの一方の内側２２２で反射する光と、他方の内側２２２で反射する光との間に位相差が生じ、干渉縞が発生する。
【００９３】
こうして、図１８のオプティカルウェッジ２０４は、比較的厚いガラスによって構成されるため、一定の耐久性を確保することができ、使用に際してのリスクを減らすことができる。また、２枚のガラス２２０の間（たとえば、間隔の最も狭い部分（７．５μｍ間隔の部分）と間隔の最も広い部分の２カ所）には、適宜スペーサとして任意の材料からなる物体（不図示）を挿入して固定し、ガラス２２０の間隔を一定に保持するようにすることができる。
【００９４】
図１８のオプティカルウェッジ２０４によって、波長、約４１０ｎｍのレーザ光を受光した場合に、上述した第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６では、図１９のような光強度分布の光（縞模様）が観察される。ここで、２分割ディテクタ２０６のそれぞれのディテクタの幅は０．２ｍｍであり、２分割ディテクタ２０６は、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αの先端部分からの距離が３２ｍｍ程度の位置に配置される。ただし、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αの先端部分は、前述したように、仮想的な先端である。
【００９５】
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して４０９ｎｍとなった場合に、２分割ディテクタ２０６は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は０となる。このように、２分割ディテクタ２０６を、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、２分割ディテクタ２０６によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値０．５８が波長４０７ｎｍに対応し、プッシュプル値０が波長４０９ｎｍに対応し、プッシュプル値−０．５８が波長４１１ｎｍに対応する。
【００９６】
次に、別のオプティカルウェッジ２０４’によって、波長、約４１０ｎｍのレーザ光を受光した場合の例について説明する。この場合は、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６では、図２０のような縞模様が観察される。ここで、オプティカルウェッジ２０４’のウエッジ角αは０．０２度、ガラスの内側２２２の間隔は、図１８に示すように、最も狭いところで７．５μｍとなるようにする。また、２分割ディテクタ２０６のそれぞれのディテクタの幅は０．２ｍｍであり、２分割ディテクタ２０６は、オプティカルウェッジ２０４’のウエッジ角αの先端からの距離が１６ｍｍ程度の位置に配置される。ウエッジ角αが大きくなったことにより、縞の間隔は、ウエッジ角αが０．０１度のときより狭くなる（すなわち、周期が短くなる）が、依然として、０．２ｍｍ幅のディテクタによって光の波長を区別することが可能である。
【００９７】
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して４０９ｎｍとなった場合に、２分割ディテクタ２０６は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は０となる。このように、２分割ディテクタ２０６を、オプティカルウェッジ２０４’のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、２分割ディテクタ２０６によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値０．５８が波長４０７ｎｍに対応し、プッシュプル値０が波長４０９ｎｍに対応し、プッシュプル値−０．５８が波長４１１ｎｍに対応する。
【００９８】
今度は、さらに別のオプティカルウェッジ２０４’’によって、波長、約４１０ｎｍのレーザ光を受光した場合の例について説明する。この場合は、第１検出器２０２の２分割ディテクタでは、図２１のような縞模様が観察される。ここで、オプティカルウェッジ２０４’’のウエッジ角αは０．０３度、ガラスの内側２２２の間隔は、最も狭いところで１２．０μｍとなるようにする。２分割ディテクタのそれぞれのディテクタの幅は０．１ｍｍであり（以降、２分割ディテクタ２０６’と称する）、２分割ディテクタ２０６’は、オプティカルウェッジ２０４’’のウエッジ角αの先端からの距離が１６ｍｍ程度の位置に配置される。ウエッジ角αが大きくなったことにより、縞の間隔はさらに狭くなり、０．２ｍｍ幅のディテクタでは、隣の干渉縞の影響を受けて波長を検出できない。そこで、２分割ディテクタ２０６’を、０．１ｍｍ幅のディテクタを備えるように構成すると、適切な波長検出が可能となる。
【００９９】
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して４０９ｎｍとなった場合に、２分割ディテクタ２０６’は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は０となる。このように、２分割ディテクタ２０６’を、オプティカルウェッジ２０４’’のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、２分割ディテクタ２０６’によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値０．７２が波長４０７ｎｍに対応し、プッシュプル値０が波長４０９ｎｍに対応し、プッシュプル値−０．７２が波長４１１ｎｍに対応する。
【０１００】
次に、図１７に示したレーザ制御部２０８の詳細について、図２２を参照して説明する。レーザ制御部２０８は、２つの２分割ディテクタ２０６、２０７と外部共振器型半導体レーザ５０内の半導体レーザ２１４に接続される。また、レーザ制御部２０８は、ＮＳ判定回路２１０、レーザパワー補正回路２１１、および半導体レーザ駆動回路２１２を含む。
【０１０１】
ＮＳ判定回路２１０は、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６内の２つのディテクタから、それぞれ光量の検出結果を取得し、その差信号と和信号からＮＳを求める。ＮＳを求める方法は、前述した方法と同様である。第１検出器２０２では、前述のとおり、たとえば、波長４１０ｎｍのレーザ光から波長４１４ｎｍのレーザ光を受けた場合に、縞模様の位置が変位し、２つのディテクタによって得られる光量が変化する。したがって、原則的には、これらのディテクタから求められたＮＳの値によって、上記波長の１の位を求めることができる。また、入射波長が、たとえば、４１８ｎｍから４２２ｎｍまで変化する場合は、波長の１の位と１０の位が求められる。
【０１０２】
また、ＮＳ判定回路２１０は、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７内の２つのディテクタから、それぞれ光量の検出結果を取得し、その差信号と和信号からＮＳを求める。その後、ＮＳの値を、前もって設定した範囲と比較し、ＮＳの値がその範囲内の値であればディジタル値１を、ＮＳの値が範囲外となっていればディジタル値０を出力する。設定範囲は、たとえば、−０．４から０．４の間であり、これらの処理は、図１３に示すＮＳ判定回路９１の処理と同じである。
【０１０３】
さらに、ＮＳ判定回路２１０は、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７内の２つのディテクタから求められたＮＳから、入射されたレーザ光の波長の小数点以下第１位の数と、小数点以下第２位の数を求める。この例では、前述したように、波長の１の位や１０の位の数は、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６の検出結果から求め、小数点以下の位の数は、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７内の検出結果から求められるが、このように、桁ごとに求める処理は必須ではない。
【０１０４】
第１検出器２０２の検出結果により、波長の概略的な値（範囲）を求め、その後、第２検出器２０３の検出結果により、当該概略的な値をさらに詳細に特定するようにしてもよい。たとえば、入射されうるレーザ光の波長を０．０４ｎｍ刻みに複数グループに分け、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６の検出結果から、その複数のグループのうち、どのグループに属するかを決定し、その後、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７の検出結果から、その決定されたグループ（０．０４ｎｍの幅のグループ）の中のどの波長に相当するかを、０．０１ｎｍのオーダーで決定するような手順をとることもできる。
【０１０５】
レーザパワー補正回路２１１は、ＮＳ判定回路２１０から、波長を表す数字の各桁に関する情報を取得し、その情報からレーザ光の波長を特定する。次に、レーザパワー補正回路２１１は、特定された波長の情報をもとに、半導体レーザ駆動回路２１２に所定の制御を行うよう指示し、半導体レーザ駆動回路２１２は、その指示に基づいて、半導体レーザ２１４のレーザパワーを変える等の制御を実行する。
【０１０６】
また、レーザパワー補正回路２１１は、ＮＳ判定回路２１０からディジタル値０を受信した場合、半導体レーザ駆動回路２１２に、半導体レーザ２１４のレーザパワーを変えるよう指示する。たとえば、最初に、半導体レーザ２１４のレーザパワーが３３ｍＷとなるようにし、ＮＳ判定回路２１０で０が出力されるたびに、レーザパワーを３ｍＷ下げる制御とレーザパワーを３ｍＷ上げる制御とを交互に繰り返すようにする。これらの処理は、図１３に関連して説明した処理と同様である。
【０１０７】
また、半導体レーザ駆動回路２１２は、ＡＰＣ（Auto Power Control）を行う回路として既知のものであり、ここでは、これを流用することができる。上述したレーザ制御部２０８内の各回路は、ＣＰＵおよびメモリを含むマイコンによる制御によって実現することもできる。この場合、各回路の動作は、メモリにロードされたプログラムによってコントロールされる。そのプログラムは必要に応じて変更することが可能であり、ＣＤ−ＲＯＭのような可搬型記録媒体やネットワークを経由して、マイコン内の記録装置やメモリに記録させることができる。
【０１０８】
この発明の波長判定装置においては、半導体レーザとしてブルーレーザを例に説明してきたが、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚をさらに変更することによって、これ以外のレーザにも適用することが可能である。また、上述の例では、２枚のガラスを組み合わせてオプティカルウェッジ２０４を構成したが、このような構造を必須のものとするわけではない。強度が実用的であれば、通常の構成のオプティカルウェッジを用いてもよいし、他の様々な方法によって入射光から所定の縞模様を発生させるようにしてもよい。
【０１０９】
この発明で用いるオプティカルウェッジのウエッジ角αはたとえば、０．０１度で、２分割ディテクタ内のそれぞれのディテクタは０．２ｍｍ幅であるが、この発明の波長判定装置では、そのような条件に限定されるものではなく、様々なバリエーションを考えることができる。また、ウエッジ角αは、２つのオプティカルウェッジ２０４、２０５で、異なるように設定してもよい。また、実施例では、第１検出器２０２がレーザ光を受光した後に、第２検出器２０３がそのレーザ光を受光するような２段構成になっているが、第１検出器２０２と第２検出器２０３の順序を入れ替えることもできるし、第１検出器２０２と第２検出器２０３が、個別にレーザ光を受光するように構成することもできる。
【０１１０】
また、この発明の説明では、オプティカルウェッジで反射したレーザ光を２分割ディテクタで受光し、それぞれ光量を検出していたが、２分割ディテクタ以外のディテクタを用いてこの発明を実現することができる。たとえば、２つの独立したディテクタによって、２箇所の光量を検出することができる。また、オプティカルウェッジで反射したレーザ光について、３カ所以上の光量を検知して、波長を判断することができる。
【０１１１】
また、この例では、プッシュプル値を用いて波長の判断を行っているが、これは光ディスクのトラッキングを制御するためのプッシュプル回路を応用したものである。したがって、３スポットトラッキング方法やその他のトラッキング方法を実現する、他の光ディスクのトラッキング回路も流用することが可能である。
【０１１２】
この発明で使用するディテクタは、たとえばフォトダイオードのような光検出器である。しかしながら、干渉縞をＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような１次元または２次元のディテクタアレイで受光してもよい。干渉縞は、ｚ軸方向に発生するので、１次元ディテクタを用いる場合は、ｚ軸方向にディテクタを配置する。たとえば、１次元ＣＣＤアレイを用いて複数箇所における光量の検出を行うことができる。
【０１１３】
さらに、いままで、この発明の外部共振器型半導体レーザにリットロー型を用いるものとして説明してきたが、たとえば、リットマン型のような、他の外部共振器型半導体レーザを用いることもできる。
【０１１４】
また、この発明においては、一部オプティカルウェッジの使用を前提として実施例を説明しているが、オプティカルウェッジと同等の効果が得られる他の光学部品を用いることもでき、この発明の範囲を、オプティカルウェッジを必ず含むものと限定して解釈すべきではない。
【０１１５】
たとえば、オプティカルウェッジの代わりに、両面がフラットなガラスを用いた場合、レーザ光がわずかでも拡散光あるいは収束光であれば、オプティカルウェッジと同様に、波長の変化に伴って縞模様が変化する。入射レーザ光と両面がフラットなガラスの角度によって、縞模様の各縞は、ほぼ直線の形状となったり、湾曲した形状となったりする。
【０１１６】
拡散光あるいは収束光のレーザ光が入射された場合、波面が平面でないため、両面がフラットなガラスが所定の角度で入射光を受光すると、（たとえば、反射光を受光する曇りガラスには）同心円の縞模様が現れる。このときに、波長が変化すると同心円の縞模様は外に広がったり、内側に集まったりする。そこで、フラットなガラスの角度を変えると、（たとえば、同じ位置にある曇りガラスには）同心円の中心から離れた縞模様が現れ、この場合に、各縞が湾曲した縞模様となる。一方、フラットなガラスの角度をさらに調整すると、同心円の中心からさらに離れた縞模様が現れ、この場合に、各縞がほぼ直線の縞模様となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】オプティカルウェッジを説明するための略線図である。
【図２】オプティカルウェッジで反射することによって発生する干渉縞の態様を示す略線図である。
【図３】オプティカルウェッジの光路差を計算するための略線図である。
【図４】オプティカルウェッジをｘ軸方向に沿って見た略線図である。
【図５】外部共振器型半導体レーザにおいて、レーザパワーの変化によって変化するレーザ光の波長を概略的に示した略線図である。
【図６】所定の波長の２つレーザ光をオプティカルウェッジの所定の位置に入射した場合の光量を示す略線図である。
【図７】所定の波長の２つレーザ光をオプティカルウェッジの所定の位置に入射した場合の光量を示す略線図である。
【図８】２つのディテクタと干渉縞との位置関係について説明する略線図である。
【図９】２つのディテクタからの検出値をもとに計算されたプッシュプル値の遷移を示す略線図である。
【図１０】図７に示すプッシュプル値をノーマライズした値を示す略線図である。
【図１１】レーザ・システムの一例の構成を示す略線図である。
【図１２】図１１に示したレーザ・システムを利用するホログラム記録再生システムの構成を示す略線図である。
【図１３】図１１に示したレーザ・システムのレーザ制御部の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１１に示したレーザ・システムの変形例の構成を示すブロック図である。
【図１５】オプティカルウェッジの構成例を示す略線図である。
【図１６】グレーティングの回転によってレーザ光の波長が変化する原理を説明するための略線図である。
【図１７】この発明の一実施形態に係る波長判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】オプティカルウェッジの他の構成例を示す略線図である。
【図１９】オプティカルウェッジによる反射光を２分割ディテクタで受けた場合の光強度の分布を示す略線図である。
【図２０】別の形態のオプティカルウェッジによる反射光を２分割ディテクタで受けた場合の光強度の分布を示す略線図である。
【図２１】さらに別の形態のオプティカルウェッジによる反射光を２分割ディテクタで受けた場合の光強度の分布を示す略線図である。
【図２２】図１７に示した波長判定装置のレーザ制御部の構成を示すブロック図である。
【図２３】リットロー型の外部共振器型半導体レーザの構成を示す略線図である。
【図２４】外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長をレーザパワーの変化に応じて示した略線図である。
【符号の説明】
【０１１８】
５０・・・外部共振器型半導体レーザ、２００・・・レーザ・システム、２０１・・・波長判定装置、２０２・・・第１検出器、２０３・・・第２検出器、２０４，２０５・・・オプティカルウェッジ、２０６，２０７・・・２分割ディテクタ、２０８・・・レーザ制御部、２１０・・・ＮＳ判定回路、２１１・・・レーザパワー補正回路、２１２・・・半導体レーザ駆動回路、２１４・・・半導体レーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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