(57)【要約】【課題】広帯域にわたって良好なファイバー結合効率を有する、高スペクトル純度で、モードホップフリー同調可能な広帯域波長可変レーザを提供する。【解決手段】  本発明に係る外部共振器配置は、出射端面の垂直方向から傾いた方向にビームが出射されるレーザチップと、前記レーザチップから放出されたビームをコリメートするレンズと、コリメートされた前記光を回折させる回折格子を取り付けた支持体と、入射される光を一部反射し、一部を透過するハーフミラーを具備し、前記ハーフミラーを固定し、概ね、前記ハーフミラーのミラー面と前記回折格子の回折格子面の交線に平行な回転軸の周りに前記支持体を回転させる外部共振器レーザにおいて、レーザビームの出射方向がレーザチップの出射端面に垂直な方向より回折格子の方向により近づく様に配置したことを特徴とする。【選択図】図９
2018088499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射端面の垂直方向から傾いた方向にビームが出射されるレーザチップと、
前記レーザチップから放出されたビームをコリメートするレンズと、
コリメートされた前記ビームを回折させる回折格子を取り付けた支持体と、
入射されるビームを一部反射し一部を透過するハーフミラーを具備し、
前記ハーフミラーを固定し、回折格子溝に平行な回転軸の周りに前記支持体を回転させる外部共振器レーザにおいて、
ビームの出射方向がレーザチップの出射端面に垂直な方向より回折格子の方向により近づく様に配置した外部共振器レーザ。
【請求項２】
出射端面の垂直方向から傾いた方向にビームが出射されるレーザチップと、
前記レーザチップから放出されたビームをコリメートするレンズと、
コリメートされた前記ビームを回折させる回折格子を取り付けた支持体と、
入射されるビームを一部反射し一部を透過するハーフミラーを具備し、
前記ハーフミラーを固定し、ハーフミラーのミラー面と前記回折格子の回折格子面の交線に平行な回転軸の周りに前記支持体を回転させる外部共振器レーザにおいて、
ビームの出射方向がレーザチップの出射端面に垂直な方向より回折格子の方向により近づく様に配置した外部共振器レーザ。
【請求項３】
前記レーザチップの光導波路を曲げて導波路方向がもう一方のチップ端面に対して垂直になるようにした曲がり導波路レーザチップを用いる請求項１又は２記載の外部共振器レーザ。
【請求項４】
前記レーザチップからのコリメート光の前記回折格子への入射角が７０度以上となる請求項１乃至３のいずれかに記載の外部共振器レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲がり導波路レーザチップを用いる外部共振器型半導体レーザに関し、より詳細には、高純度なスペクトル（ＡＳＥ−Ｆｒｅｅ）出力を可能にする転置Ｌｉｔｔｍａｎ型共振器配置において、出射ビームの波長掃引に伴う横ずれを低減し、ファイバー結合特性を改善する。
【背景技術】
【０００２】
波長可変レーザは様々な物質や光学素子の分光測定や環境・医療計測等の分野において非常に有用である。波長可変レーザの一つとして外部共振器型半導体レーザがある。外部共振器型波長可変レーザは、半導体レーザチップ等の光学利得媒体を用い、回折格子などの周波数弁別機能を有する光学素子を用いて外部共振器を構成することにより、自由に発振波長を調整できるようにしたものである。特に、レーザダイオードを利得媒体に用いる外部共振器半導体レーザは殆どの波長領域に対応でき、かつ、小型、堅牢で比較的安価に製造することができるといった利点があるため、様々な応用に適している。
【０００３】
外部共振器レーザには様々な型が存在するが、波長をモードホップなしに連続的に変えることの出来るモードホップフリー・レーザは分光測定において特に重要である。モードホップを防止することで高分解能な分光が可能になるだけでなく、モードホップに伴うノイズの発生等を抑制できるからである。また、モードホップフリー同調はソリッドエタロンなどのファブリペロ共鳴パターンを用いて波長可変レーザの発振波長を自動較正する場合、外部の光学共振器へ波長可変レーザの発振周波数をロックする場合などにおいても不可欠である。
【０００４】
モードホップフリー・レーザとして、Ｌｉｔｔｒｏｗ型とＬｉｔｔｍａｎ型が知られている。Ｌｉｔｔｍａｎ型もＬｉｔｔｒｏｗ型と同じように、回折格子を用いて外部共振器に構成するが、Ｌｉｔｔｒｏｗ型ではレーザビームに対して回折格子を回転させるのに対し、Ｌｉｔｔｍａｎ型ではビームに対して回折格子が固定されている。このため、回折格子に照射するレーザ光の面積を広くとることができ、小型で分解能の高い共振器配置を実現できる、また、波長を変える際に出力光の出射方向が変化しないといったこと等の利点があるため、波長可変レーザとして広く用いられている。
【０００５】
Ｌｉｔｔｍａｎ型の外部共振器レーザに関する技術が記載された文献としては、非特許文献１、及び、特許文献１乃至３に記載がある。Ｌｉｔｔｍａｎ型の外部共振器レーザは、広帯域に連続波長同調可能で、出力ビームが波長同調によりぶれないため、波長可変レーザで用いられている代表的な外部共振器配置である。
【０００６】
また、モードホップフリー同調可能な波長可変レーザにおいて、出力スペクトルの高純度（ＡＳＥ−Ｆｒｅｅ）化を実現する転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器配置については特許文献４、及び、非特許文献４に記載がある。
【０００７】
一方、波長可変域の広帯域化に向けて、レーザチップ端面での残留反射を低減するレーザダイオードチップとして、光導波路をビーム出射端面の垂直方向から傾けて、レーザチップ端面でのモード反射を低減する曲がり導波路構造のレーザチップや傾斜導波路構造のレーザの開発が進められている。曲がり導波路構造のレーザチップや、それを用いる波長可変レーザについては非特許文献２、及び、非特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５３１９６６８号明細書
【特許文献２】米国特許第６６２５１８３号明細書
【特許文献３】米国特許第６６１４８２９号明細書
【特許文献４】特許第５７４７３５５号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｌｉｕ  ａｎｄ  Ｌｉｔｔｍａｎ，“Ｎｏｖｅｌ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｆ  ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．６，ｎｏ．３，１１７（１９８１）
【非特許文献２】Ａ．  Ｔ．  Ｓｅｍｅｎｏｖ，Ｖ．  Ｒ．  Ｓｈｉｄｏｌｏｖｓｋｉ  ａｎｄ  Ｓ．  Ａ．  Ｓａｆｉｎ，“Ｗｉｄｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ  Ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅｓ  ａｔ  ０．８ｍｍ  ｗｉｔｈ  Ｂｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．２９，８５４−８５６（１９９３）
【非特許文献３】Ｋ．  Ｍｕｒｏ，Ｙ．  Ｓｈｉｍａｄａ，Ｋ．  Ｋｉｔａｈａｒａ，Ｔ．  Ｅｎｄｏ，Ｙ．  Ｙａｍａｇａｔａ，Ｙ．  Ｙｍａｍａｄａ  ａｎｄ  Ｔ．  Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，“Ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  ｗｉｄｅｌｙ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ−ａｎｇｌｅｄ−ｆａｃｅｔ  ｌａｓｅｒ  ｃｈｉｐ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎ．  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，ＣＷＮ４，Ｍａｙ  ５，２０１０，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ．
【非特許文献４】Ｋ．  Ｍｕｒｏ，  Ｔ．  Ｅｎｄｏ，  Ａ．  Ｔｅｒａｙａｍａ，  Ｋ．  Ｋｉｔａｈａｒａ，  Ｙ．  Ｓｈｉｍａｄａ  ａｎｄ  Ｄ．  Ｆｕｋｕｏｋａ，“ＡＳＥ−ｆｒｅｅ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎ．  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，ＣＴｕ３．３，Ｍａｙ  ８，２０１２，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ．
【非特許文献５】Ｔ．  Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，Ｙ．  Ｙａｍａｄａ，Ｙ．  Ｙａｍａｄａ，  Ａ．  Ｏｋｕｂｏ，Ｙ．  Ｏｅｄａ  ａｎｄ  Ｋ．  Ｍｕｒｏ，“Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”，ＳＰＩＥ  ３６２５，    ｐ．３８〜４５（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高スペクトル純度（ＡＳＥ−Ｆｒｅｅ）な波長可変レーザ出力を可能にする特許文献４、及び、非特許文献４に記載の転置Ｌｉｔｔｍａｎ型配置において、ＡＳＥ−Ｆｒｅｅ出力が得られる半面、波長掃引時に出力ビームが並進移動してしまうという問題が生じる。出力ビームの並進は波長可変レーザビームをターゲットに集光する顕微分光やイメージング等の測定においては、波長掃引時に焦点移動が生じてしまい好ましくない。また、波長可変レーザ出力をファイバーに結合して様々な用途に用いるのが一般的であるが、ビームスライドが起こると、波長可変域全域にわたって、高効率なファイバー結合を得ることが困難になる。
【００１１】
こうした、問題はビームスライドを最小化するような外部共振器配置の設計や、レーザの出力ビーム径の拡大により、ある程度、低減できるが、実際には、入手できる回折格子の溝数には制限があり、出力ビーム径の拡大はレーザユニットの大型化を招いてしまうため解決は容易ではない。
【００１２】
一方、波長可変レーザの広帯域化を図るには、レーザチップ出射端面でのビーム反射を極力小さくし、残留反射光による誘導放射によって引き起こされるキャリヤーの消失を抑制する必要がある。また、レーザチップ自体のファブリペロ共鳴を抑制し、外部共振器モードでの安定な発振を得るためにもレーザチップ端面での反射の低減は重要である。従来、レーザチップ端面に無反射コーティングを施すことにより端面反射の抑制を行ってきたが、０．１％を切るような低反射率を広帯域にわたって実現することは困難である。そこで、最近ではレーザチップの光導波路を出射端面に対して、傾けて形成し、ビーム出射端面でのモード反射を極限まで低減する曲り導波路構造のレーザチップが波長可変レーザに用いられる様になって来ている。
【００１３】
本発明は、広帯域波長同調に有効な曲り導波路型レーザチップを用いる転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器レーザにおいて、波長掃引に伴う出力ビームの並進移動を低減し、波長可変域全域にわたって、良好なファイバー結合が可能なＡＳＥ−Ｆｒｅｅの外部共振器レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、上記課題を解決する本発明の一観点に係る外部共振器レーザは、出射端面の垂直方向から傾いた方向にビームが出射されるレーザチップと、レーザチップから放出されたビームをコリメートするレンズと、コリメートされたビームを回折させる回折格子を取り付けた支持体と、入射されるビームを一部反射し一部を透過するハーフミラーを具備し、ハーフミラーを固定し、回折格子溝に平行な回転軸の周りに支持体を回転させる外部共振器レーザであって、ビームの出射方向がレーザチップの出射端面に垂直な方向より回折格子の方向により近づく様に配置したものである。
【００１５】
また、本発明の他の一観点に係る外部共振器レーザは、出射端面の垂直方向から傾いた方向にビームが出射されるレーザチップと、レーザチップから放出されたビームをコリメートするレンズと、コリメートされた前記ビームを回折させる回折格子を取り付けた支持体と、入射されるビームを一部反射し一部を透過するハーフミラーを具備し、ハーフミラーを固定し、ハーフミラーのミラー面と回折格子の回折格子面の交線に平行な回転軸の周りに支持体を回転させる外部共振器レーザであって、ビームの出射方向がレーザチップの出射端面に垂直な方向より回折格子の方向により近づく様に配置したものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上本発明によって、広帯域波長同調に有効な曲り導波路型レーザチップを用いる転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器レーザにおいて、波長掃引に伴う出力ビームの並進移動を低減し、波長可変域全域にわたって、良好なファイバー結合が可能なＡＳＥ−Ｆｒｅｅの外部共振器レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器配置の具体的構成を示す図である。
【図２】転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器における光学部品の幾何学的配置を示す図である。
【図３】本発明に用いたレーザチップの曲り導波路を示す図である。
【図４】レーザチップのコリメートビームのビームプロファイルを示す図である。
【図５】転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器レーザの出力ビームプロファイルを示す図である。
【図６】転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器への曲り導波路チップの実装方法の一例を示す図である。
【図７】図６の実装例における出力ビームプロファイルの波長依存性を示す図である。
【図８】図６の実装例における波長可変レーザのファイバー結合出力の波長依存性を示す図である。
【図９】本発明における転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器への曲り導波路チップの実装方法の実施例である。
【図１０】図９の本発明実施例における波長可変レーザ出力ビームプロファイルの波長依存性を示す図である。
【図１１】本発明の実施例及び非実施例における波長可変レーザのファイバー端出力の波長依存性を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の原理及び実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態及び実施例の記載にのみ限定されるわけではない。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る外部共振器レーザ１の構成についての概略図である。上述の記載及び本図で示すように本実施形態に係る外部共振器レーザ１において、ハーフミラー４は固定支持体５に固定されており、レーザチップ２、コリメートレンズ９及び回折格子３は、固定支持体５に軸６を介して回転可能に支持される回転支持体７に固定されている。なお、回転支持体７は、固定支持体５に設置される駆動機構８により軸６を中心に回転する。
【００２０】
ところで、利得媒体としてレーザダイオードを用いる場合、通常、図２に示すような配置になる。この配置では、一方の端面に高反射率コーティングを他方の端面に無反射コーティングを施したレーザダイオードチップ又は曲り導波路構造により一方を傾斜端面とし残留反射率を低減したレーザダイオードを共振器端にセットし、レーザダイオードからのビームをコリメートレンズで集光して回折格子に導いている。この場合、共振器はレーザダイオードの高反射端面と可動ミラーの間で、回折格子の１次回折光に対して構成するのが一般的である。
【００２１】
また、回折格子の１次回折光を、ハーフミラーを通して出力として取り出すこの外部共振器配置の波長可変レーザでは、レーザチップの自然発光がレーザ出力に混入しない（ＡＳＥ−Ｆｒｅｅ）ため、高スペクトル純度の波長可変レーザを実現することができる。なお、このことについては、特許文献４及び非特許文献４に詳しく記載されている。
【００２２】
またこの配置において、回折格子面とハーフミラー反射面、更には、ミラーとして作用するレーザチップ後端面の延長が１つの線で交わるように共振器を構成し、この交線を回転軸とし可動ミラーを回転させたとき、回折格子面とミラー反射面のなす角をβとして、溝間隔がｄの回折格子の１次回折光に対して共振器を構成する波長は下記式で表される。
【数１】
2018088499.tif 000003
【００２３】
またこのとき、本図の幾何学的考察からわかるように、共振器長（Ｌ＝ＰＱ＋ＲＱ）は回転軸Ｏと回折格子面でのビームの中心Ｑの距離をＬ０として次式で与えられる。
【数２】
2018088499.tif 000004
【００２４】
以上のとおり、回折格子面と可動ミラーのなす角を変えて共振器の共振波長を変えたとき、共振器長は波長に比例して変化するため、共振器内に形成される電磁波の節の数は一定に保たれる。すなわちモードホップフリーな波長同調が可能になる。
【００２５】
ところが実際には、光路を構成するレーザチップやレンズの屈折率が真空と異なるため、モードホップフリーな波長同調を実現するためには、図２に示す様に、レーザチップの後端面の位置は、点Ｐより一定量、δだけずらす必要がある。
【００２６】
図１、図２に示す転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器配置はモードホップフリーな連続波長同調と自然放射を含まない高スペクトル純度の出力を実現する有効な方法であるが、波長掃引に伴い、出力ビームが上下に並進移動するという問題を抱えている。
【００２７】
この並進移動は図２において、回折格子面の法線と出力ビームがなす角度、βを小さくすることにより、低減できる。しかしながら、入手可能な回折格子の溝数は制限されており、どんな波長においてもβを十分に小さくする設計が可能という訳ではない。
【００２８】
一方、レーザチップからのコリメートビームの回折格子への入射角、αを大きくとり、回折格子面への投影面を増加させることにより、レーザ出力ビームを図２の縦方向に拡大することにより、ビーム並進量が相対的にビーム径に対して無視できるレベルに抑えるといった対策もある。しかしながら、種々の、幾何学的制約の中で、その効果は限られている。
【００２９】
一方、近年、より広い波長可変域を実現するために、波長可変レーザに用いる半導体レーザチップに、図３に示す様な曲り導波路構造のレーザチップ等、レーザ出射端面をビームの出射方向から傾けて、レーザチップ端面での残留反射を極力低減したレーザチップを採用することが一般的になりつつある。
【００３０】
そこで、ビームの出射方向がレーザチップの出射端面に垂直な方向より回折格子の方向により近づく様に配置することで、広帯域波長同調に有効な曲り導波路型レーザチップを用いる転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器レーザにおいて、波長掃引に伴う出力ビームの並進移動を低減し、波長可変域全域にわたって、良好なファイバー結合が可能なＡＳＥ−Ｆｒｅｅの外部共振器レーザを提供することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、上記実施形態に基づき、実際に外部共振器レーザを作製し、その効果を確認した。以下具体的に示す。
【００３２】
本実施例においては、上記特許文献４と同じ１０４０ｎｍ帯に利得中心を持つオプトエナジー社が開発した曲り導波路構造のレーザダイオードを用いた。曲り導波路構造の一方の垂直にビームが出射される端面には９０％以上の反射率の高反射コーティングを施し、他方の出射端面には０．１％以下の低反射コーティングを施した。幅３μｍの光導波路は一定の曲率でカーブしており、出射端面において導波路は垂直から４度傾いており、端面での反射ビームは導波路外へ散逸するため、端面でのモード反射率は極めて低く、外部共振器型半導体レーザに好適である。曲り導波路チップの詳細については限定されるわけではないが、例えば上記非特許文献３に記載のものを採用することができ、用いたレーザダイオードの具体的なエピ構造は、上記非特許文献５に記載の構造を用いた。このレーザチップの導波路はＧａＡｓで構成されており、導波モードの実効屈折率は図３に示すＧａＡｓの屈折率で近似できることが分かっている。なお、実施例に用いたレーザチップの長さは２．１ｍｍであり、出射されたビームが端面法線に対してなす角は約１５度である。なお、出射されたビームが端面法線に対してなす角度としては、０度より大きく２０度以下であることが好ましく、より好ましくは１０度以上２０度以下の範囲である。
【００３３】
コリメーションレンズには、Ｔｈｏｒｌａｂｓ，Ｉｎｃ．販売の非球面レンズＣ２４０ＴＭＥ−１０６４を用いた。このレンズは焦点距離８ｍｍ、開口０．５の非球面レンズで１０６４ｎｍを中心に無反射コーティングが施されている。
【００３４】
図４に実施例において使用した曲り導波路構造のレーザチップの出力を焦点距離８ｍｍのレンズでコリメートしたビームの空間プロファイルを示す。紙面横方向がレーザチップのエピ方向であり、縦方向がエピ面に平行なストライプ形成方向である。一般にこうしたストライプ構造のレーザチップにおいては、エピ方向への強い閉じ込めのため、ビームはエピ方向に強く拡がるため、コリメートビームのビームプロファイルは楕円形となる。本実施例に用いたビームのビーム径はエピ方向に約８ｍｍ、ストライプ方向に約１．５ｍｍである。
【００３５】
図１、図２に示す転置Ｌｉｔｔｍａｎ型外部共振器配置においては、回折格子における波長分解能を高く取るため、コリメートビームの回折格子への入射角αは大きく取る必要があり、幾何学的要請により回折光の出射角は小さくなるのが一般的である。その結果、波長可変レーザの出力ビームはレーザチップからのコリメートビームが紙面縦方向にＣｏｓ（β）／Ｃｏｓ（α）倍だけ拡大されることになる。
【００３６】
実際に実施例においては溝数１２００Ｌ／ｍｍの回折格子を入射角、α＝８０度の角度で用いており、利得帯域の中心の波長１０４０ｎｍにおけるβは１５．３度となり、ビームは紙面縦方向に５．６倍に拡大される。因みに、実施例において、共振器の寸法に係るＬ０は４０ｍｍである。
【００３７】
図５に利得中心の１０４０ｎｍ近傍での出力ビームプロファイルを示す。ほぼ円形のビームが得られており、ビーム整形を行わなくても旅行なファイバー結合が得られる。因みに、こうした円形ビームに近い出力ビームが得られるのは、レーザチップのエピ面の法線を回折格子の溝方向に配置した場合である。もし、エピ面の法線が回折格子の溝に垂直になるように配置した場合には、出力ビームの縦横比は３０程度になり、使いにくいばかりか、現実的な共振器配置を構成すること自体が困難になる。
【００３８】
曲り導波路型レーザチップなど、出射端面に対して傾いてビームが出射するレーザチップにおいては、レーザチップのエピ面の法線を回折格子の溝方向に配置した場合においても、図６と図９に示す二つのレーザチップの実装配置がある。
【００３９】
図６に示すように、レーザチップからのコリメートビームがレーザチップの出射端面の法線方向よりグレーティング面から遠ざかる方向に配置した場合の出力ビームの空間プロファイルを各波長に対して測定したデータを図７に示す。レーザビームの出射方向はミラー面に垂直となり、波長により変わることはないが、ビームの位置は発振波長の増加と共に紙面上方へ並進移動する。
【００４０】
図８に図６の配置の波長可変レーザにおいて、レーザチップに２３℃で４００ｍＡの電流を注入した状態での出力ビームをファイバー結合した場合のファイバー端出力の波長依存性を示す。ファイバーにはＴｈｏｒｌａｂ:１０６４ｎｍ パンダ型ＰＭ ＦＣ/ＡＰＣパッチケーブルを、カップリングには焦点距離３０ｍｍのアクロマティックレンズを用いた。図６の配置ではビームの並進が起こるため、ファイバー結合の最適化は各波長で行う必要があり、広波長域にわたって良好なファイバー結合効率を得ることは出来ない。
【００４１】
図９にもう一方の曲り導波路レーザチップの実装配置を示す。この配置ではレーザチップからのコリメートビームは出射端面の法線方向よりグレーティング面に近づくように配置されている。
【００４２】
図９に示す配置に曲り導波路レーザチップを配置した場合の波長可変レーザの出力ビームの空間プロファイルを各波長に対して測定したデータを図１０に示す。図６の配置で測定した類似のデータ図７に比べて、波長変化に伴うビームの並進量が小さくなっていることは明らかである。
【００４３】
図２に示すα＝８０度、Ｌ０＝４０ｍｍの共振器配置で、波長を９７６ｎｍ（β＝１０．８°）から１０８６ｎｍ（β＝１８．６°）まで掃引した場合の、折格子のビームスポット中心Ｑの上方への移動は幾何学的計算により、１．４ｍｍ程度になるが、図６の配置では、これより大きく、図９の配置ではこの値より小さくなっている。
【００４４】
詳細に検討した結果、こうした差が出るのは発振波長によりビームの放射される方向が僅かにずれることに起因していることが分かった。また、ずれる原因の一つは出射端面でのプリズム効果である。実施例の場合出射面への光導波路の入射角度は４度であり、出射ビームの角度は概ね１５度であるが、レーザチップの屈折率分散によりフレネルの式に従い変化する。より具体的には波長の増加とともにレーザチップの屈折率は減少するため、透過（出射）ビームの角度は僅かながら減少する。
【００４５】
更に、詳細な検討の結果、出射ビーム方向の波長依存性は、上記のフレネル屈折の効果だけでなく、出射端近傍で定常モードになっていないため、その出射ビームは波長により複雑な挙動をすることが分かった。
【００４６】
いずれにしても、波長の増加とともに出射ビームの屈折角は減少するため、図６の実装配置では、発振波長を増加させると、回折格子の位置の上昇に加えて、波長変化に伴う出射ビームの並進移動が加算的に生じることになる。
【００４７】
これに対し、図９の配置では二つの効果によるビーム移動を相殺させることが可能である。一般に、波長変化に伴う出射ビームのブレは僅かであるが、コリメートビームの回折格子への入射角αを大きくとりことにより回折格子面でのビーム中心の移動を大きくすることができるため、波長増加に伴うビーム位置の上昇を完全に相殺することも可能である。
【００４８】
図１１に図９の配置で最適化した場合のファイバー結合出力の波長依存性を太線で、図６の配置で最適化した場合のファイバー結合出力の波長依存性を細線で示す。図９に記載する本発明の外部共振器配置によりファイバー結合特性を飛躍的に改善できた。
【００４９】
以上、本発明により、広帯域波長同調と高スペクトル純度動作が可能な波長可変レーザにおいて、出力ビーム位置の安定性を向上させ、広帯域にわたって良好なファイバー結合出力を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明により高効率・広帯域なファイバー結合が可能となるため、先端計測、医療・環境計測、産業計測において利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００５１】
１…外部共振器レーザ、２…レーザチップ、３…回折格子、４…ハーフミラー、５…固定支持体、６…軸、７…回転支持体、８…駆動機構、  ９…コリメーションレンズ
【図１】
2018088499.tif 000005
【図２】
2018088499.tif 000006
【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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