(57)【要約】【課題】  搭載に角度誤差が生じてもレーザ装置を使用可能にする。【解決手段】  温度制御装置で雰囲気温度を変更可能にされたレーザ装置に用いられ、このレーザ装置により照射されるレーザ光の所定の経路に配置されるエタロンフィルタであって、水晶部材から形成され、レーザ光が入射される入射面が水晶のＣ軸と平行に形成されており、このＣ軸がレーザ光の入射偏波の方向に対して平行又は直交するように構成されていることを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御装置で雰囲気温度を変更可能にされたレーザ装置に用いられ、このレーザ装置により照射されるレーザ光の所定の経路に配置されるエタロンフィルタであって、
水晶部材から形成され、レーザ光が入射される入射面が水晶のＣ軸と平行に形成されていることを特徴とするエタロンフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に用いられるエタロンフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ装置は、半導体レーザと、この半導体レーザから照射されるレーザ光を平行にする光学系と、レーザ光を２系統に分割するビームスプリッタと、分割された一方のレーザ光に所定の波長の共振をさせるファブリペロー共振器と、このレーザ光が入射される光検出器とから主に構成される。
【０００３】
このように構成されるレーザ装置において、ファブリペロー共振器を２枚の反射板を用いた構造が知られている。この構造のファブリペロー共振器は、２枚の反射板の高い設置精度が求められる。例えば、２枚の反射板は、秒単位の平行度で設置しなければ、レーザ光の光透過特性が変わってしまうという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そこで、ファブリペロー共振器に代えてエタロンフィルタを用いたレーザ装置が提案されている。このレーザ装置は、前記半導体レーザ、光学系、ビームスプリッタ、エタロンフィルタ、光検出器をモジュール化した半導体レーザモジュールが組み込まれている。
この半導体レーザモジュールに用いられるエタロンフィルタは、水晶又は石英（例えば、特許文献２参照）から成り、例えば、エタロンフィルタに水晶を用いる場合は、水晶のＣ軸がレーザ光の入射方向と平行になるように形成されている。
このようなエタロンフィルタは、レーザ光の入射側の面と出射側の面とを平行にすることで、平行度を維持したまま半導体レーザモジュールに搭載することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８３５０６８号
【特許文献２】特開２００３−００４９４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような構造の半導体レーザモジュールは、エタロンフィルタをモジュールに用いられる基板に固定する前において、波長λの光をモニタできるようエタロンフィルタの角度調整を行うが、取り付け角度がずれて固定された場合にエタロンフィルタの取り外しができず、モジュールごと廃棄される場合がある。
これは、モジュールとして搭載されたエタロンフィルタの所定の温度条件で使用される波長と透過率との関係を示すグラフが、正常位置にエタロンフィルタが搭載された場合の当該グラフと一致せず、所望する性能、特に基準とする波長でレーザ光を出射するようにレーザ装置を使用することができなくなってしまうからである。
また、取り付けた角度を調整してエタロンフィルタを付け直すことも考えられる。しかし、エタロンフィルタは、既に固定して搭載されているため、角度の変更を行うことができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、搭載に角度誤差が生じてもレーザ装置を使用可能にするエタロンフィルタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、温度制御装置で雰囲気温度を変更可能にされたレーザ装置に用いられ、このレーザ装置により照射されるレーザ光の所定の経路に配置されるエタロンフィルタであって、水晶部材から形成され、レーザ光が入射される入射面が水晶のＣ軸と平行に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようなエタロンフィルタによれば、レーザ光の入射面が水晶のＣ軸と平行に形成されているので、搭載により取り付け角度に誤差が生じて、所定の温度条件で使用される波長と透過率との関係を示すグラフが、正常位置にエタロンフィルタが搭載された場合のグラフと一致しなくなった場合でも、レーザ装置に備えられた温度制御装置で雰囲気温度を調整してずれてしまった波長と透過率との関係を示すグラフを、正常位置にエタロンフィルタが搭載された場合のグラフに一致又は近似させることができる。
これにより、エタロンフィルタの搭載で取り付け角度に誤差が生じても、モジュールを破棄することなく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタをレーザ装置に用いられるモジュールに搭載した状態の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタの一例を示す概念図である。
【図３】所定の温度における透過率と周波数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第二の実施形態に係るエタロンフィルタの一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。
【００１２】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタをレーザ装置に用いられるモジュールに搭載した状態の一例を示す概念図である。図２、本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタの一例を示す概念図である。図３は、所定の温度における透過率と周波数との関係を示すグラフである。
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係るエタロンフィルタ１０Ａは、温度制御装置２００で雰囲気温度を変更可能にされたレーザ装置（図示せず）に用いられ、このレーザ装置により照射されるレーザ光（以下、「光」という。）ＬＴの所定の経路に搭載されて用いられる。
【００１３】
このレーザ装置において、本発明のエタロンフィルタ１０Ａは、光の所定の経路に搭載される場合、種々の光学部品を搭載したモジュール１００に組み込まれて用いられる。
【００１４】
まず、前記モジュール１００の構成の一例について説明する。
モジュール１００は、エタロンフィルタ１０Ａ、半導体レーザ２０、光学レンズ３０ａ〜３０ｅ、光ファイバ４０、ビームスプリッタ５０、第一の検出器６０、第二の検出器７０の光学部品から主に構成されている。
【００１５】
このモジュール１００は、半導体レーザ２０、エタロンフィルタ１０Ａ、光学レンズ３０ａ〜３０ｄ、光ファイバ４０、ビームスプリッタ５０、第二の検出器７０が直線的に配置され、また、ビームスプリッタ５０、光学レンズ３０ｅ、第一の検出器６０が直線的に配置されている。
【００１６】
ここで、半導体レーザ２０と光ファイバ４０との間には、光学レンズ３０ａ、３０ｂが配置されている。半導体レーザ２０より出射される光ＬＴは、光学レンズ３０ａ、３０ｂを介して光ファイバ４０に集光される。
【００１７】
一方、この光ＬＴとは反対の方向であって、半導体レーザ２０と第二の検出器７０との間には、光学レンズ３０ｃ、３０ｄが配置され、これら光学レンズ３０ｃ、３０ｄの間にビームスプリッタ５０とエタロンフィルタ１０Ａとが配置される。
このような配置において、半導体レーザ２０より出射される光ＬＴは、光学レンズ３０ｃで平行光に変換され、ビームスプリッタ５０で２方向に分岐される。
分岐された一方の光ＬＴは、Ｃ軸が光ＬＴの透過方向と直交するよう設置された水晶からなるエタロンフィルタ１０Ａ（図１及び図２参照）に入射される。
【００１８】
エタロンフィルタ１０Ａに入射され共振した波長の光ＬＴは、光学レンズ３０ｄを介して例えばフォトダイオードからなる第二の検出器７０に集光される。
また、分岐された他方の光は、光学レンズ３０ｅを介して、例えばフォトダイオードからなる第１の検出器６０に集光され、発振光電力のモニタが行われる。
【００１９】
第１の検出器６０の出力値と第二の検出器の出力値とを比較することにより、半導体レーザ２０の波長を測定し、後述する温度制御装置２００の温度や注入電流を変化させることにより、波長を制御することができる。
【００２０】
温度制御装置２００は、例えば、ペルチェ素子が用いられ、雰囲気温度を上昇させたり下降させたりすることができる。この温度制御装置２００は、モジュール１００の下部に設けられ、エタロンフィルタ１０Ａの周囲の温度を調整することができる。
【００２１】
このようなモジュール１００に搭載されるエタロンフィルタ１０Ａは、水晶から構成されている。
このエタロンフィルタ１０Ａは、図２に示すように、水晶の光学軸であるＣ軸が、入射される光ＬＴの入射方向に対して直交する構成となっている。つまり、エタロンフィルタ１０Ａは、光ＬＴが入射される入射面１１が水晶のＣ軸と平行に形成されている。
具体的には、このエタロンフィルタ１０ＡのＣ軸は、エタロンフィルタ１０Ａに入射される光ＬＴの入射偏波ＮＨＰの方向と平行となっている。このとき、エタロンフィルタ１０Ａの他の軸は、Ａ軸が光ＬＴの入射方向と平行となり、Ｂ軸が、Ａ軸及びＣ軸と直交している。なお、エタロンフィルタ１０Ａの他の軸は、この他に、Ｂ軸が光ＬＴの入射方向と平行となり、Ａ軸が、Ｂ軸及びＣ軸と直交して構成されても良い。
【００２２】
このように構成されるエタロンフィルタ１０Ａは、取り付け角度がずれた場合でも使用可能となっている。
ここで、エタロンフィルタ１０Ａの取り付け角度がずれた場合の調整の原理を説明する。
図３（ａ）に示すように、予めエタロンフィルタ１０Ａの取り付け角度が０°、つまり、エタロンフィルタ１０Ａの入射面１１が光ＬＴの入射方向と直角に搭載されたときの透過率と波長との関係を示す透過波形のグラフを作成しておく。
この透過波形のグラフを用いて、所定値となる光の透過強度における波長の値を決定する。
例えば、所定の透過強度に対応する透過率と透過波形のグラフとが交叉しているときの波長を基準とする。この基準とした波長をλ＝ａとする。
【００２３】
ここで、エタロンフィルタ１０Ａの取り付け角度が光の入射方向に対してずれた場合を想定する。例えば、図３（ｂ）に示すように、取り付け角度のずれが１°の場合を例にして説明する。
この取り付け角度が１°ずれた場合の光の透過率と波長との関係を示す透過波形のグラフを作成する。ここで、所定の透過強度に対応する透過率と１°ずれたときの透過波形のグラフとが交叉しているときの波長をλ＝Ｂとする。
【００２４】
この取り付け角度が１°ずれた場合の透過波形のグラフと基準とした透過波形のグラフとを比較して、両グラフが一致しないことを確認する。
これは、基準とした透過波形のグラフが、取り付け角度が１°ずれたことでシフトした状態となったことを示している。
このとき、基準とした透過波形のグラフにおける基準となる波長λ＝Ａが、取り付け角度が１°ずれたことで、波長λ＝Ｂへとシフトしたことになる。
このときのシフト量は式１となる。
シフト量△λ＝｜Ａ−Ｂ｜・・・式１
【００２５】
ここで、エタロンフィルタ１０Ａの温度に対する２つの反射面である入射面１１と出射面の光学長Ｌは式２で近似することができる。
Ｌ＝ｎ０×Ｌ０×（１＋ΔＴ×（α＋（１／ｎ０）×（ｄｎ／ｄＴ））・・・式２
なおｎ０は常温Ｔ０での水晶の屈折率、ｄｎ／ｄＴは温度に対する屈折率の変化量、ΔＴは常温Ｔ０からの温度変化量、Ｌ０は常温Ｔ０でのエタロンフィルタ１０Ａの物理長、αは線膨張係数を示す。
また、エタロンフィルタ１０Ａの透過強度Ｔ（λ）は、式３、式４であらわすことができる。
Ｔ（λ）＝（１−Ｒ）２／（（１−Ｒ）２＋４×Ｒ×ｓｉｎ２（σ／２））・・・式３
σ＝４πＬ／λ・・・式４
ここで、Ｒは入射面および出射面の反射率を示す。
【００２６】
これら式を用いて、所定の透過強度に対応する透過率とずれた透過波形のグラフとが交叉しているときの波長Ｂが、基準とした透過波形のグラフと所定の透過強度に対応する透過率とが交叉するときの波長Ａになるように、調整する温度を決定する。
【００２７】
例えば、これら式を用いて、温度に対する波長のシフト量を計算して、これと式１で求めたシフト量とを比較し、調整する温度を設定する。
例えば、本実施形態のエタロンフィルタ１０Ａにおける１℃あたりのシフト量は、１３ｐｍ／℃となっている（ｐｍ：ピコメートル）。
これにより、エタロンフィルタ１０Ａの取り付け後に、求めたシフト量から設定した調整のための温度を付加することで、基準とした波長λ＝Ａでレーザ装置を用いることができる。
【００２８】
このように、温度制御装置２００により温度の調整を行うと、ずれた透過波形のグラフは、基準とした透過波形のグラフと一致する。したがって、レーザ装置に備えられた温度制御装置２００を用いることで、エタロンフィルタ１０Ａの取り付け角度がずれてしまった場合でも、モジュール１００を破棄することなく使用することができる。
例えば、水晶のＣ軸がレーザ光の入射方向と平行になるように形成された従来のエタロンフィルタでは、温度に対する波長のシフト量は５ｐｍ／℃であり、本発明が従来と比較して、小さな温度調整で大きな修正効果が得られることがわかる。また、石英で形成された従来のエタロンフィルタでは、温度に対する波長のシフト量は１０ｐｍ／℃であり、本発明が従来に比較して、小さな温度調整で大きな修正効果が得られるとことがわかる。また、水晶の熱伝導率が石英の約２．５倍以上大きいため、温度調整に対するエタロンフィルタ特性の反応性、安定性も向上する効果がある。
【００２９】
（第二の実施形態）
図４は本発明の第二の実施形態に係るエタロンフィルタの一例を示す概念図である。
図４に示すように、本発明の第二の実施形態の変形例に係るエタロンフィルタ１０Ｂは、Ｃ軸が、入射偏波ＮＨＰの方向に対して直交している点で第一の実施形態と異なる。
前記のとおり、本発明の第二の実施形態の変形例に係るエタロンフィルタ１０Ｂは、Ｃ軸が、入射偏波ＮＨＰの方向に対して直交している。つまり、このエタロンフィルタ１０Ｂは、光ＬＴが入射される入射面１１が水晶のＣ軸と平行に形成されている。
例えば、本実施形態のエタロンフィルタ１０Ｂにおける１℃あたりのシフト量は、１５ｐｍ／℃となっている（ｐｍ：ピコメートル）。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３０】
１００  モジュール
２００  温度制御装置
１０Ａ、１０Ｂ    エタロンフィルタ
１１    入射面
２０半導体レーザ
３０ａ〜３０ｅ  光学レンズ
４０    光ファイバ
５０    ビームスプリッタ
６０    第一の検出器
７０    第二の検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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