(57)【要約】      （修正有）【課題】モードホッピングが抑制された周波数調整可能なレーザーデバイスを提供する。【解決手段】複数の光学部品から形成されるレーザーキャビティを含むチャープレーザーデバイスは、光線を生成するためのレーザー光源２０、スペクトル調整要素２８、および、光線をスペクトル調整要素に向けるための３つのレンズ２２，２４，２６、固定ミラー３０および可動ミラー３２を含む。可動ミラーは、第１の自由度３４で可動であり、スペクトル調整要素への入射角を変更することにより、レーザーキャビティの有効光路長およびスペクトル調整要素の調整周波数を同時に変更する。有効光路長と調整周波数は、可動ミラーの第１の自由度以外のどのような自由度の動きにも実質的に反応しない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学部品から形成されたレーザーキャビティを含む、周波数調整可能なレーザーデバイスであって、
前記複数の光学部品は、光線を生成するためのレーザー光源、スペクトル調整要素、および、前記光線を前記スペクトル調整要素に向けるための１つ以上のさらなる光学部品を含み、
前記複数の光学部品の少なくとも一つは第１の自由度で可動であり、このような、該少なくとも一つの可動の光学部品の前記第１の自由度での動きが、モードホッピングが抑制された調整周波数を提供するように、同期している前記レーザーキャビティの有効光路長および前記スペクトル調整要素の調整周波数を同時に変更し、
前記複数の光学部品は、前記レーザーキャビティの前記有効光路長および前記スペクトル調整要素の前記調整周波数が、前記少なくとも一つの可動の光学部品の、前記第１の自由度以外のどのような自由度の動きにも実質的に依存しないように適合されおよび配置されており、および、前記少なくとも一つの可動の光学部品のそのような動きは、前記有効光路長と前記調整周波数の間の前記同期に実質的に影響しない、
ことを特徴とする周波数調整可能なレーザーデバイス。
【請求項２】
前記第１の自由度における前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きをコントロールするためのアクチュエーターを含む、請求項１に記載のレーザーデバイス。
【請求項３】
前記アクチュエーターは、前記少なくとも一つの可動の光学部品の、５０Ｈｚ以上の繰り返し率で周波数変調を提供する動きを可能にする、請求項２に記載のレーザーデバイス。
【請求項４】
前記アクチュエーターが、曲げメカニカルシステムおよび平衡振動メカニカルシステムの少なくとも一つを含む、請求項２または３に記載のレーザーデバイス。
【請求項５】
前記少なくとも一つの可動の光学部品は、それぞれ前記第１の自由度で可動の１つ以上の可動のビーム指向要素を含み、前記１つ以上の可動のビーム指向要素の前記第１の自由度における動きが、前記スペクトル調整要素への前記光線の入射角を変更する、請求項１から４のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項６】
前記１つ以上の可動のビーム指向要素は、その両方が可動部材によって保持されつつ前記第１の自由度で移動可能な第１の可動のビーム指向要素および第２の可動のビーム指向要素を備え、および、前記第１の可動のビーム指向要素および前記第２の可動のビーム指向要素の前記第１の自由度での動きが、前記スペクトル調整要素への前記光線の入射角を、該スペクトル調整要素が前記第１および第２の可動のビーム指向要素の間に位置している状態で変更する、請求項５に記載のレーザーデバイス。
【請求項７】
前記１つ以上の可動のビーム指向要素は、前記第１の自由度で可動の第１の可動のビーム指向要素を含み、前記第１の可動のビーム指向要素だけの動きが、前記有効光路長および前記調整周波数の同時の変更を提供する、請求項５に記載のレーザーデバイス。
【請求項８】
前記１つ以上のさらなる光学部品は、少なくとも一つのレンズを含み、前記第１の可動のビーム指向要素が少なくとも一つのレンズの焦点深度内に配置されている、請求項７に記載のレーザーデバイス。
【請求項９】
前記第１の可動のビーム指向要素は可動ミラーを含み、前記光線は前記可動ミラーに斜めの角度で入射する、請求項７または８に記載のレーザーデバイス。
【請求項１０】
前記第１の可動のビーム指向要素は、ガラスプレートまたはレンズなどの透過性要素を含む、請求項７または８に記載のレーザーデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きの前記第１の自由度は直動軸線に沿った移動である、請求項１から１０のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きの前記第１の自由度は軸線周りの回転である、請求項１から１０のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１３】
前記スペクトル調整要素は、前記レーザーデバイス内に実質的に固定された状態に保たれている、請求項１から１２のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１４】
前記１つ以上のさらなる光学部品は、前記スペクトル調整要素に入射する前記光線を平行光にする、請求項１から１３のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１５】
前記スペクトル調整要素は回折光学要素を含む、請求項１から１４のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１６】
前記スペクトル調整要素はエタロンを含む、請求項１から１５のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１７】
光線を生成するためのレーザー光源、
スペクトル調整要素、
前記光線の前記スペクトル調整要素への入射角を変更するための可動のビーム指向部品、および、
前記レーザー光源からの前記光線を前記可動のビーム指向部品に集中させるための少なくとも一つのレンズを有し、
前記可動のビーム指向部品は、前記少なくとも一つのレンズの焦点深度内に配置されることを特徴とする周波数制御可能なレーザーデバイス。
【請求項１８】
前記可動のビーム指向部品はミラーを含む、請求項１７に記載のレーザーデバイス。
【請求項１９】
前記可動のビーム指向部品は、プレートまたはレンズなどの透過性部品を含む、請求項１７に記載のレーザーデバイス。
【請求項２０】
前記スペクトル調整要素に入射する前記光線が平行光にされる、請求項１７〜１９のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項２１】
前記スペクトル調整要素は、エタロンおよび回折要素のうち少なくとも一つを含む、請求項１７〜２０のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項２２】
周波数調整可能なレーザーデバイスであって、
エタロン、および、
前記エタロンへ入射する光線を生成するためのレーザーダイオードを備え、
前記エタロンは、前記レーザーデバイス内に実質的に固定された状態に保たれており、および、前記光線の前記エタロンへの入射角が変更可能であり、
前記レーザーデバイスのキャビティ長および前記エタロンの通過周波数は、前記光線の前記エタロンへの前記入射角が変更されたときに両方が変化し、それにより、前記レーザーデバイスのモードホッピングを実質的に抑制する、レーザーデバイス。
【請求項２３】
前記光線の前記エタロンへの前記入射角および前記キャビティの前記光路長をコントロールするための１つ以上の追加の光学部品を含む、請求項２２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周波数制御可能なレーザーデバイスに関する。特に、本発明は、高周波で変調又はチャープ可能な周波数制御可能なレーザーデバイスと関連する。
【背景技術】
【０００２】
周波数チャープレーザーデバイスは、干渉測定などで使用されることが知られている。特に、レーザーキャビティが、平行光が導かれる回折格子を含む、いわゆるリトロースキームを実施するレーザーデバイスを提供することが知られている。回折格子を傾けることは、同時にレーザーの周波数とキャビティ長さが変更されることを許容して、モードホッピングせずに必要な周波数調整を提供する。しかし、リトロー構成は不利益を持ち、回折格子は、明確に定義された枢軸点のまわりで回転しなければならない。従って、格子動作の必要な精度を提供するために必要な非常に安定しているメカニカルな構成は、高周波変調スピードを得ることを難しくする。
【０００３】
特許文献１は、上記されたリトロースキームおよび同様なリットマンスキームに基づくレーザーキャビティの様々な例を記述する。特に、特許文献１は、レーザー周波数および望まれないモードホッピング効果を導入せずに出力周波数が変更されることを可能にするキャビティ長さの同期的な変化を提供するために、回折格子またはミラーのための枢軸点が数学的にどのように導き出されるかを詳細に記述する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許６，０４９，５５４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の面によると、複数の光学部品から形成されたレーザーキャビティを含む周波数調整可能なレーザーデバイスであって、前記複数の光学部品は、光線を生成するためのレーザー光源、スペクトル調整要素、および、前記光線を前記スペクトル調整要素に向けるための１つ以上のさらなる光学部品を含み、前記複数の光学部品の少なくとも一つは、第１の自由度で可動であり、このような前記第１の自由度で前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きは、レーザーキャビティの有効光路長、および、スペクトル調整要素の調整周波数を変更し、それにより、モードホッピングが抑制された調整周波数を提供し、前記有効光路長、および、調整周波数は、前記第１の自由度以外の自由度における少なくとも一の可動の光学部品のいずれの動きに対しても実質的に反応しない、ことを特徴とする周波数調整可能なレーザーデバイスが提供される。
【０００６】
従って、本発明は、周波数制御可能または調整可能なレーザーデバイスを提供し、これは、共振またはレーザーキャビティがレーザー光源（例えば、レーザーダイオード）、スペクトル調整要素（例えば、回折光学要素および／またはエタロン）、および、１つ以上のさらなる光学部品を含む複数の光学部品（例えば、レンズ、ガラスブロック、帯域通過フィルタ、ミラーなど）から形成される。複数の光学部品の少なくとも一つは、例えば、直線の軸に沿って移動可能または軸回りに回転可能な可動の光学部品のように、第１の自由度で可動である。第１の自由度の可動の光学部品の動きは、レーザーキャビティの有効光路長およびスペクトル調整要素の調整周波数を、モードホッピングせずに周波数調整を提供する方法で同時に変更するように構成される。
【０００７】
本発明者らは、リトローおよびリットマンスキームに基づく既知の周波数調整可能なレーザーの欠点は、移動部品（例えば、回折格子または回折格子への光の入射角をコントロールする後方への反射板）の回転動作が非常に正確にコントロールされなければならないことであると認識していた。移動部品の制御不可能な傾きまたは移動を生じさせる枢軸点のどのような動きも、キャビティ長および調整周波数の同期はずれ変化をもたらし、これは、調整の間に起こる望ましくないモードホッピング効果をもたらす可能性がある。従って、先行技術デバイスにおいては、移動部品がその回りを回転するポイントは、高い精度の（それゆえに相対的に高コストの）モーションコントロール手段を使ってコントロールされる。このようなモーションコントロール装置の寿命は多少制限される。
【０００８】
先行技術デバイスと違って、本発明のレーザーデバイスは、有効光路長と調整周波数が、前記少なくとも一つの可動の光学部品の第１の自由度以外の自由度でのどのような小さい動きにも実質的に反応しないように配置される。すなわち、必要な同時の光路長および周波数調整の変化は、光学部品の１つの（すなわち第１の）自由度での動きにより主に起きて、他の自由度のどのような動きに対しても耐性がある。これは、第１の自由度においてのみ動きの制御が必要であることについて、および、他の自由度のコントロールされていない動きは許容できることについて利点を有する。従って、本発明は、あまり複雑でない（例えば、より安価な）動き制御装置を使用すること、および／または、より高速で動き制御装置を駆動することを提供する。
【０００９】
本発明者は、上記の問題を認識して、上記の定義された解決方法を見つけ、有効キャビティ長、およびスペクトル調整要素から提供される周波数調整をコントロールするために、可動の光学部品の１自由度を超えるコントロールが使用できる多くの具体的な光学構成を考案した。例えば、図２ないし図５を参照して、以下で詳細に説明される実施形態は、システムに関し、第１の自由度のビーム指向ミラーが軸線に沿った直線方向の移動を含み、他の自由度（たとえば、傾斜、他の軸線に沿った移動など）におけるミラーの動きは、有効キャビティ長、および、１自由度のビーム指向ミラーの直線方向の動きによって与えられる周波数調整の同時の変化に実質的に影響がない。これは、必要なモーションコントロールの複雑さを低減し、これに対応してデバイスコストを削減する。
【００１０】
ある自由度において本体の動きを定義することは、力学においてよく知られていることに注意することが重要である。特に、固定ポイント、または別の本体に対する対象物の動き（例えば、デバイスのハウジングまたは空間内のあるポイントに対する光学部品の動き）は、対象物の自由度の観点から記述できる。３次元において、拘束されていない対象物は６自由度に動くことができる。これらの６自由度は、３つの直線移動（並進移動）の自由度（すなわち、対象物は３つの相互に直角な直線方向の軸線に沿って動くことができる）、および、３つの回転自由度（すなわち、対象物はピッチング、ローリングおよびヨーイング可能である）を含む。先行技術のリトローおよびリットマンスキームでは、高度に拘束された回転構成を与えることにより、可動の光学部品の６つの自由度すべての動きをコントロールすることが必要である。対照的に、本発明が必要とするのは、第１の自由度においてのみ制御を提供することであり、これは、他の自由度における動きが、第１の自由度の動きから生じる有効キャビティ長および周波数調整の変化に対して、小さな、実体の無い、すなわち無視できる影響しか持たないからである。
【００１１】
有利には、レーザーデバイスは、第１の自由度における前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きをコントロールするためのアクチュエーターを含む。アクチュエーターは、他の自由度における少なくとも一つの可動の光学部品の動きについては、制限、または、コントロールしない。多くの種々のアクチュエーターが使用可能である。例えば、アクチュエーターは、可動の光学部品および／または可動の光学部品を回転させるためのモーターに直線方向の動きを与えるために、１つ以上の圧電要素を含んでもよい。アクチュエーターシステムは、簡単で、信頼性があり、頑強であることが望ましい。例えば、アクチュエーターは、便宜的には、曲げ機構を含む。曲げ機構は、一般的に、相対的に程度の低いモーションコントロールしか提供しないが、これは本発明のデバイスにおいては許容できる。曲げメカニズムは、コンパクトで、非常に信頼性があるという利点も有する。アクチュエーターは、以下で詳細に記述されるように、平衡振動メカニカルシステムまたは音叉構成でもよい。好適には、アクチュエーターは、前記少なくとも一つの可動の光学部品の素早い（例えば振動性または回転の）動きを許容する。便宜的には、そのような動きは、５Ｈｚ以上、さらに好ましくは１０Ｈｚ以上、さらに好ましくは５０Ｈｚ以上、さらに好ましくは１００Ｈｚ以上、さらに好ましくは２００Ｈｚ以上、さらに好ましくは５００Ｈｚ以上、さらに好ましくは１ＫＨｚ以上の繰り返し率でレーザー出力の周波数変調を生じさせることを可能にする。本発明はそのような高い繰り返し率を容易にする。なぜなら、少なくとも一つの可動の光学部品の第１の自由度の動きをコントロールすることが必要なだけであるからである。繰り返し率が増大したときに起こる可能性がある、可動の光学部品のコントロールされない他の自由度の動きは、有効キャビティ長の変化および関連する調整周波数に対して最小の影響を有する。そのような繰り返し率は、リットマンまたはリトロースキームでは未だ達成されていない１Ｈｚの繰り返し率よりもずっと大きい。
【００１２】
便宜的には、１つ以上のさらなる光学部品は、１つ以上の可動のビーム指向要素を含む。１つ以上の可動のビーム指向要素は反射性で（例えば、それらは可動ミラーを含んでもよい）、および／または、透過性でもよい（例えば、それらはレンズ、ガラスプレートなどを含んでもよい）。個々の可動のビーム指向要素は、好適には、第１の自由度において可動である。例えば、アクチュエーターは、第１の自由度において個々の可動のビーム指向要素を動かすことができる。前記少なくとも一つの可動の光学部品の第１の自由度の動きは、直線方向の軸線に沿った並進移動または軸線に関する回転であってもよい。複数の可動のビーム指向要素が提供される場合には、第１の自由度の動きは、異なる可動のビーム指向要素に対して異なっていてもよい。有利には、第１の自由度における１つ以上の可動のビーム指向要素の動きは、スペクトル調整要素への光線の入射角を変更する。第１の自由度の１つ以上の可動のビーム指向要素の動きは、レーザーキャビティの有効光路長も変更する。これは、光路の物理的な長さを増大させる、および／または、光路に沿って屈折率を変更することにより（例えば、ガラスプレートなどの光学部品への光線の入射角を変更することにより）、達成できる。
【００１３】
有利には、１つ以上の可動のビーム指向要素は、第１の自由度において可動の第１の可動のビーム指向要素を含む。第１の可動のビーム指向要素だけの動きは、好適には、有効光路長と調整周波数の同時の変更を提供する。そのような例では、第１の可動のビーム指向要素は、レーザーデバイス内で唯一の移動部分または可動の光学部品であってもよい。以下で記述されるように、第１の可動のビーム指向要素は、直線的に並進移動可能なミラー、または、光線内で回転可能な透過性（例えば、ガラス）プレートであってもよい。
【００１４】
レーザーデバイスの１つ以上のさらなる光学部品は、好適には、少なくとも一つのレンズを含む。第１の可動のビーム指向要素が提供される場合には、第１の可動のビーム指向要素は、有利には、前記少なくとも一つのレンズの焦点深度内（例えば、焦点位置、または焦点位置の近傍）に配置される。便宜的には、レーザーデバイスの１つ以上のさらなる光学部品は、１対のレンズを含む。そして、ビーム指向要素は、好適には、個々のレンズの焦点深度（例えば、実質的に焦点位置、または焦点位置近傍）内で一対のレンズの間に配置される。ビーム指向要素へ平行光ビームを導くのではなくビーム指向要素へ光線の焦点を合わせることによって、第１の自由度以外の自由度のビーム指向要素のコントロールされない動きの影響をさらに減らす利点を有する。
【００１５】
１つ以上の可動のビーム指向要素は、反射性のビーム指向要素であってもよい。有利に、１つ以上の可動のビーム指向要素のそれぞれが、可動ミラーを含む。便宜的には、光線は、斜めの角度から（すなわち、ミラーの法線ベクトルと平行でない方向から）１つ以上の可動のビーム指向要素のそれぞれの可動ミラーに入射する。例えば、光は、ミラーの法線ベクトルから４５°の角度で、個々の可動ミラーへ、入射および反射された光ビームが実質的にお互いに直角であるように、導かれる。そのような可動ミラーへの光の入射角は、有効光路長、および、モードホッピングせずに周波数調整を可能にする調整周波数における、必要な同時の変化を提供するように選択可能である。
【００１６】
反射性の可動のビーム指向要素が提供される場合には、第１の自由度の可動ミラーの動きは、好適には、直線方向の軸線に沿った可動ミラーの並進移動を含む。好適には、可動ミラーの動きの直線方向の軸線は、ミラーの法線ベクトルと平行である。そのような直線方向の動きは、例えば曲げおよび／または圧電要素を含むアクチュエーターによって提供できる。代替のミラーは、ミラーの法線ベクトルと一致しない軸線のまわりで回転できる。これは、回転の間にミラーの有効な直線方向の並進移動を提供する。
【００１７】
透過性の可動のビーム指向要素が提供できる。透過性ビーム指向要素は、空気とはあ異なる屈折率を有するプレートまたはレンズを含んでもよい。例えば、ガラスプレートまたはレンズが提供できる。好適には、個々の透過性要素の第１の自由度の動きは、主にプレート表面にある部品と一緒の、回転軸線まわりの回転である。代替的には、例えば、透過性レンズの直線方向の並進移動は、第１の自由度であってもよい。
【００１８】
スペクトル調整要素は回折格子などの回折光学要素を含んでもよい。スペクトル調整要素はエタロンを含んでいてもよい。スペクトル調整要素は、回折格子およびエタロンの両方を含んでいてもよい。スペクトル調整要素を除いた1つ以上の光学部品は可動であってもよい。有利には、スペクトル調整要素は実質的に固定されている。例えば、デバイスハウジングまたはケーシングに対して実質的に不変の位置を有する。好適には、1つ以上のさらなる光学部品は、スペクトル調整要素に入射する光線を平行にするための1つ以上のレンズを含む。レーザーデバイスの1つ以上のさらなる光学部品は、波長選択性のコーティングやフィルタなどの光学フィルタを含んでいてもよい。エタロンがスペクトルの調整要素として提供される場合には、また、可変の波長選択的フィルタとして作動する回折要素を含めることが可能である。これは、以下で詳細に記述される。
【００１９】
本発明の第２の観点によれば、周波数制御可能なレーザーデバイスが提供され、これは、光線を生成するためのレーザー光源、スペクトル調整要素、スペクトル調整要素への光線の入射角を変更するための可動のビーム指向部品、および、少なくとも１つのレンズを備え、可動のビーム指向部品は、少なくとも一のレンズの焦点深度内（例えば、実質的に焦点位置）に配置されることを特徴としている。少なくとも１つのレンズは、透過性または反射性であってもよい。好適には、可動のビーム指向部品の動きは、レーザーキャビティの有効光路長およびスペクトル調整要素を同時に変更し、それにより、モードホッピングが抑制される周波数調整を提供する。
【００２０】
好適には、可動のビーム指向部品は、直線方向の軸線に沿って並進移動が可能なミラーを含む。代替的には、可動のビーム指向部品は、（例えば、傾斜）透過性部品を含む。便宜的には、スペクトル調整要素に入射する光線は、（例えば、少なくとも１つのレンズにより）平行にされる。スペクトル調整要素は、好適には、エタロンおよび／または回折光学要素を含む。
【００２１】
本発明の第３の観点によると、周波数調整可能なレーザーデバイスが提供され、これは、エタロン、および、前記エタロンへの入射光線を生成するためのレーザーダイオードを備え、前記エタロンは、前記レーザーデバイス内に実質的に固定され、エタロンへの光線の入射角が変更可能であり、前記レーザーデバイスのキャビティ長およびエタロンの通過周波数の両方は、エタロンへの光線の入射角が変更されたとき変化し、それにより、レーザーデバイスのモードホッピングを実質的に抑制する。
【００２２】
有利には、デバイスは、エタロンへの光線の入射角をコントロールするための１つ以上の追加の光学部品を含む。
【００２３】
従って、周波数調整可能なレーザーデバイスが本明細書で記述され、これは、エタロン、および、前記エタロンへの入射光線を生成するためのレーザーダイオードを備え、エタロンへの光線の入射角が変更可能である。好適には、エタロンへの光線の入射角を変更することは、レーザーデバイスのキャビティ長も変更する。便宜的には、レーザーデバイスのキャビティ長およびエタロンの通過周波数の両方は、エタロンへの光線の入射角が変更されるときに変化し、それにより、レーザーデバイスのモードホッピングが大幅に抑制される。
【００２４】
好適には、エタロンはレーザーデバイス内で実質的に固定して保持される。例えば、エタロンは、周波数調整可能なレーザーデバイスのハウジングに対して、固定、または、静止される。レーザーダイオードは固定されていてもよく、または、エタロンへの光線の入射角を変更するために移動されてもよい。
【００２５】
有利には、デバイスは、エタロン上への光線の入射角および／またはキャビティの光路長をコントロールするための１つ以上の追加の光学部品を含む。１つ以上の追加の光学部品は、プリズムやウェッジなどの、光線を指向するための１つ以上の可動の透過性部品を含んでもよい。有利には、デバイスは、光線を指向するための可動ミラーを含む。例えば、直線的に移動可能なミラーは、エタロンへの光線の入射角を変更するために提供できる。有利には、１対の（例えば平行な）可動ミラー（例えば、可動のハウジングに設置される）が提供される。
【００２６】
有利には、エタロンへの光線の入射角は、必要な周波数がチャープ変調された出力を提供するために、デバイスの作動中に連続的に変更される。例えば、１つ以上の追加の光学部品は、周波数がチャープ変調された出力を提供するために、急速に、回転、または振動させてもよい。
【００２７】
また、本明細書で記述され、提供されるエタロンは、くさび状の（平行ではない）内面を含む。有利には、そのようなエタロンは、上記した周波数調整可能なレーザーデバイスなどの周波数コントロールされたレーザーのキャビティに含めてもよい。エタロンの内面は、好適には、少なくとも部分的にはミラー化されている。そのような例において、エタロンは、それに入射する光線に対して可動であってもよい。好適には、エタロンのそのような相対的な動きは直線方向である（例えば、直線方向の軸線に沿った並進）。有利には、エタロンの相対的な動きは、光ビームの伝播の軸線と直角な方向の成分を有する。有利には、エタロンは、固定の光ビームに対して移動してもよく、あるいは、逆の関係であってもよい。エタロンは、必要に応じて、少なくとも一又は複数の光学要素または基板を含んでもよい。
【００２８】
好適には、エタロンの光学要素は成形される（例えば、くさび状）。好適には、光学要素の形状は、光ビームに対してエタロンが動かされる際に、レーザーキャビティの光路長を変更するように選択される。便宜的には、光学要素の形状は、往復の光路長をもたらし、それにより、モードホップ自由レーザー波長（周波数）調整を提供するように、選択される。
【００２９】
また、本明細書で記述され、提供される周波数調整可能なレーザーデバイスは、周波数選択的要素、および、光線を生成するためのレーザーダイオードを含み、光線は、レーザーダイオードから周波数選択的要素に向けて少なくとも一つの可動の反射要素を介して進む。有利には、少なくとも一つの可動の反射要素は、ミラーを含む。便宜的には、ミラーは直線方向の軸線に沿って並進可能である。好適には、ミラーは、光路に提供された１対のレンズの焦点範囲内に位置する。従って、そのような構成においては、先行技術のシステムに存在する正確にコントロールされた回転動作が必要ない。好適には、少なくとも一つの可動の反射要素の動きは、周波数選択的要素への光の入射角を変更する。周波数選択的要素は、エタロン（例えば、上記したエタロン）、（透過性または反射性の）光格子、多層コーティング、または他の波長選択性部品を含んでいてもよい。
【００３０】
また、本明細書では、周波数制御可能なレーザーデバイスが記述され、これは、レーザーキャビティを有し、このレーザーキャビティは、周波数選択性要素、レーザーダイオード、および、少なくとも一つの可動の反射要素を含み、少なくとも一つの可動の反射要素は、直線方向の軸線に沿って移動可能である。有利には、少なくとも一つの可動の反射デバイスの並進は、周波数選択的要素の通過周波数とキャビティ長さとを変更する。
【００３１】
なお、上記したデバイスにおいてエタロンが提供される時、エタロンモード選択フィルタが含むことが好ましい。そのようなエタロンモード選択フィルタは、好適には、エタロンのスペクトルの範囲以下の通過帯域を有し、レーザーのシングルモード作動を促進するが、必須ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明は、添付図面を参照して例示としてのみ記述される。
【図１】リトロースキームを示す図。
【図２】ミラーを含む本発明のチャープレーザーデバイスを示す図。
【図３】回折格子を含む図２に示した代替の変調レーザーを示す図。
【図４】どのようにミラーが軸外の回転により効果的に直線的に移動できるかを示す図。
【図５】ミラーを移動させるための安定振動性のメカニズムを示す図。
【図６】エタロンおよび可動のガラスプレートを含む代替の変調レーザを示す図。
【図７】軸線周りに回転可能なミラーを含んでいる折り返されたビームパスレーザーデバイスを示す図。
【図８】代替の折り返されたビーム構成を有するレーザーデバイスを示す図。
【図９】直線的に移動可能なレンズを含む変調レーザーを示す図。
【図１０】エタロンおよび回折格子を含むチャープレーザーデバイスを示す図。
【図１１】固定のエタロンを含む代替のレーザー構成を示す図。
【図１２】固定の回折格子またはエタロンおよび傾斜可能なガラスプリズムを含む代替の変調レーザーを示す図。
【図１３】固定のエタロンおよび１対の傾斜可能なガラスプリズムを含む変調レーザーを示す図。
【図１４】光軸に対して位置合わせされていない軸の周りを回転可能な固定のエタロンおよび１対のガラスプリズムを含む変調レーザーを示す図。
【図１５】ハウジングにより保持された１対のミラーおよび固定のエタロン含む代替のチャープレーザーデバイスを示す図。
【図１６】１対のヒンジ結合されたをミラーおよび固定のエタロンを含む代替の変調レーザーを示す図。
【図１７】音叉振動構成により保持された１対の可動のプリズムの間に配置された固定のエタロンを含む代替の変調レーザーを示す図。
【図１８】固定のエタロンと組み合わせられた回折格子を含む図１７のデバイスの変形例を示す図。
【図１９】固定のエタロンを通じる光の通路をコントロールする１対の反射面を有するボビンを示す図。
【図２０】回転可能なくさび形のエタロンを有する変調レーザーを示す図。
【図２１】直線的に可動のくさび形のエタロンを含む変調レーザーを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１を参照することによって、外部のレーザーキャビティを提供することに関していわゆるリトロースキームを実行する先行技術であるチャープレーザーデバイスが記述される。レーザーダイオード２からの光は、レンズ６により回折格子４に向けて平行にされる。回折格子は、波長選択的要素として作用する。定義された枢軸点８に関する回折格子４を回転させると、通過周波数およびキャビティ長さが同時に変更され、それにより、モードホッピングせずにレーザーデバイスの出力周波数が変更されることを可能にする。従って、前後方向に回折格子を回転させることは、キャビティから、光出力の周波数が変調されることを可能にする。
【００３４】
先行技術であるリトロースキームを使って実施されるチャープレーザーデバイスは、多くの不利益を被る。例えば、枢軸点８に関する回折格子４の旋回動作を正確にコントロールしなければならない。特に、回折格子は、傾きまたは移動の動きなしで、図面の平面内の枢軸点８のまわりで前後に回転しなければならない。いかなるそのような傾きまたは移動の動きでも、レーザーキャビティの光路長の、回折格子のスペクトル調整特性に対する同期はずれ変化が原因で、モードホッピング効果を導きうる。さらに、回折格子の動きに必要な大きい半径は、周波数変化が達成されうる速さを制限し、それにより、デバイスが変調されうる最大周波数を制限する。
【００３５】
本発明者らは、モードホップ自由外部キャビティ調整可能なレーザースキームがレーザーキャビティ光路長と、スペクトル調整要素の同時の調整を必要とすることを認識している。ｍc次レーザーキャビティモードの波長λは、次で与えられる：
【００３６】
【数１】
2015164199.tif 000003
【００３７】
ここで、ｎcＬcがレーザーキャビティを通じた有効光路であり、ｍcは整数である。
【００３８】
スペクトル調整要素が、リトロー構成における回折格子である場合、入射ビームのパスに沿って戻って回折される一次波長は、次で与えられる：
【００３９】
【数２】
2015164199.tif 000004
【００４０】
ここで、ｎgは格子の前の媒質の屈折率であり、Ｐgは、格子周期であり、θgはレーザー光の格子への入射角である。
【００４１】
スペクトル調整要素が回折格子の代わりにエタロンである場合、ｍe次エタロンモードの波長は、次で与えられる：
【００４２】
【数３】
2015164199.tif 000005
【００４３】
ここで、ｎeがエタロンキャビティの屈折率であり、Ｌeはエタロンミラーの分離であり、θeはエタロン内の光の入射角であり、ｍeは整数である。
【００４４】
式（１）と（２）を同等視することにより、レーザーキャビティの光路長は回折格子の入射角の関数として得られる：
【００４５】
【数４】
2015164199.tif 000006
【００４６】
式（１）と（３）を同等視することによりレーザーキャビティ光路長はエタロンの入射角の関数として提供される：
【００４７】
【数５】
2015164199.tif 000007
【００４８】
式（４）と（５）から、特定のスキームについては、調整要素上（例えば回折格子またはエタロン上）への光の入射角の所与の変化に対してレーザー光路長において必要な変化を予測できることが分かる。従って、スペクトル調整要素（例えば、回折格子やエタロンなどの回折要素）へのレーザー光線の入射角を変更し、その間に同時に、名目上、式（４）または（５）に従ってレーザーキャビティ光路長を調整することにより動作する様々なスキームについて、以下に記述する。
【００４９】
ここで、図２ないし図１０を参照して、どのように本発明の第１の観点に係るレーザーデバイスが提供できるかを記述する。これは、モードホッピングが抑制される周波数調整を提供するために、第１の自由度で複数の光学部品の１つを動かすことにより、レーザーキャビティの有効光路長、および、スペクトル調整要素の調整周波数を同時にを変更するのに使われる。また、これらの例では、有効光路長と調整周波数は、前記少なくとも一つの可動の光学部品の前記第１の自由度以外の自由度のいかなる動きに対しても実質的に反応しない。
【００５０】
図２を参照すると、チャープレーザーデバイスが示される。チャープレーザーデバイスは、レーザーダイオード２０、レンズ２２，２４，２６、エタロン２８、固定ミラー３０および可動ミラー３２を含む。レンズ２４、２６は、有利には、往復のビームの横方向の分離を最小化するために、それらの焦点距離の合計によって分離される。図２の構成により、固定ミラー３０、可動ミラー３２、または、出力ビームを提供するために部分的に透過性であるレーザーダイオード２０の後面とともに、共振キャビティを形成する。代替的には、光は、追加のビームスプリッタ部品（図示せず）を含めることによって、エタロン２８からの反射から、または、部分的に反射性のミラー３０、３２を用いることにより、デバイスから抽出してもよい。レーザーダイオード２０の前面は、反射防止（ＡＲ）コートをしてもよい。
【００５１】
矢印３４により示された方向の可動ミラー３２の直線移動は、エタロン２８への光の入射角を変更し（それにより、エタロンの通過帯域の周波数を変更する）、同時に、キャビティの光路長を変更する。したがって、前後にミラー３２を振動させると、必要な周波数チャープ出力（キャビティ長さを変更することによる）を提供し、一方で、モードホッピングすることを抑制するために同時にエタロンの通過周波数を変更する。
【００５２】
レンズ２２、２４の焦点深度内にミラー３２が配置され、それゆえ、ミラー３２のその他の小さい動き（例えば、傾斜）は無視できる影響しかないことに注意することが重要である。すなわち、ミラー３２の方向３４における直線位置は、正確にコントロールされる必要がある単一の自由度の動きである。従って、図２のデバイスの性能は、ミラー３２の小さな傾斜または面内移動にほとんど依存しない。ミラー３２は、従って、方向３４に沿って速やかに移動でき、それにより、相対的に高い周波数でのチャープを可能にする、相対的に小さく、軽量の部品であってもよい。
【００５３】
図２に示したデバイスの多くの変形例もまた、本発明者らにより考案される。例えば、図２に記述されたレーザーダイオード２０は、レーザー光を出力する、光ファイバーの端部、または他の要素と置換してもよい。角度Ａは、図２において直角として記載されたが、そうであることは必ずしも必要ではないことに注意すべきである。可動ミラー３２に対して、角度Ａがより鋭角であるほど、エタロン２８への入射角度の同様の変化に対して、光路がより大きく変化する。好適には、シングルモードのエタロン２８対する好ましいレーザーの作用に必要なフィルタ（図示せず）が含まれる。光学面への光学コーティングが有利にこの目的を果たす。
【００５４】
レーザーキャビティの光路長の変更は、上記したような方向３４に沿ったミラー３２の通常の変位により実行される。光路長のそのような変更も、代替的には、レンズ２２の横方向の変位、レンズ２４の横方向の変位およびレーザーダイオード２０の光軸方向の変位の１つ以上により実行される。さらに、光軸に対する固定ミラー３０の非直角性は、必要な光路長変化の一部又は全部を提供するのに使用できる。これはミラーに沿った反射ポイントの動きによる。同様に、レンズ２４とレンズ２６との間にガラスプレート（図示せず）を、光路長変化をもたらすために設けることができる。
【００５５】
固定エタロン２８を通る光の角度の変更は、上記したように、方向３４におけるミラー３２の通常の変位によりに実行される。そのような角度の変更も、代替的には、レンズ２２の横方向の変位、レンズ２４の横方向の変位およびレーザーダイオード２０の横方向の変位の１つ以上により、実行される。レンズ２２および／またはレンズ２４が直線的に変位すると、初期の横方向のオフセットは、所定の横方向の変位に対してより直線的な（より放物線状ではない）応答を提供できる。同様に、エタロン２８の調整は、（図２に示すように）それに初期の回転を提供することによって、光の入射角がより直線的な（より放物線状ではない）ように、選択できる。
【００５６】
図３を参照して、図２に示すチャープレーザーデバイスの変形例が記述される。デバイスは、エタロン２８の代りに、図２のデバイスにおいて提供される回折格子４２、レンズ２６およびミラー３０を含む。従って、同様な効果が、エタロンの代りの回折格子４２の波長依存特性を利用して提供される。回折格子４２を示したが、適切に強い回折次数を有する回折要素を含めることができる。図３の構成に関して、レーザー出力は、回折格子４２の反射または透過回折次数によって提供される。
【００５７】
図４を参照すると、図２および図３を参照して説明されたシステムの可動ミラーを動かすための異なる技術が示される。ミラーを前後に移動する代りに、ミラー６０は回転可能なシャフト６２に設置される。表面ミラー６０の平面は回転軸６２の軸線と非直角であるように構成される。すなわち、図４に示す角度θは、０°以上である。この角度は、一定のミラー半径において必要な大きさのミラーの直線変位を与えるように設定される。
【００５８】
図５を参照して、図２および図３を参照して説明されたシステムの可動ミラーを動かすためのさらなる技術が示される。レーザー光源１８０からの光の焦点が第１のミラー１９５上にレンズ１８４により合わせられる。第１のミラー１９５および第２のミラー１９６は、振動性部材１９７に設置される。部材１９７は、第１および第２のミラー１９５、１９６を、同期して互いに接近および離隔するように共振させるために、駆動される。第１のミラー１９５の反射面は、エタロン１８８を通るビーム方向およびキャビティの有効光路長の両方を第１のミラー１９５の振動が変更するように、光路に配置される。第２のミラー１９６は純粋に機械的なカウンターバランスとして提供され、従って、非光学部品またはカウンターウェイトにより置換できる。また、第２のレンズ１９８をミラー１９４とともにレーザーキャビティの光路内に含めてもよい。
【００５９】
図６を参照して、図２ないし図５の反射構成の透過型の変形例が記述される。図２に示される可動ミラー３２の代わりに、図６の構成は、光ビームの焦点の近くに配置された傾斜可能な透過ガラスプレート６４を含む。エタロン２８を通る光の角度の変更は、図の平面に実質的に垂直な軸線回りのプレート６４の回転により影響を受ける。そのような回転は必要な光路長の変更も提供できる。これは、プレート６４のステアリング効果によるプレート６４自体を通る有効光路長の変化、および／または他の光学部品（例えばエタロン２８）への光線の入射角度または位置の変化により生じる。この方法において、軸線回りのガラスプレート６４の回転運動は、光路長およびエタロンの波長選択特性の両方をコントロールできる。従って、システムは、ガラスプレート６４のわずかな移動および面法線に関する傾斜にほとんど依存しない。他の面内軸線に関する傾斜は、主として放物線状であり、したがって、システムに影響しない。
【００６０】
なお、ガラスプレート６４の傾斜の効果は、（図において記述されるように）光軸に垂直な軸線に対して初期の回転を提供することにより、より直線状（より放物線状ではない）に選択される。さらに、ガラスプレート６４に導入された非点収差を修正するために、１つ以上の追加の光学部品（図示せず）を含めてもよい。
【００６１】
図７は、折り返された光路を提供するために４つの固定ミラー２２０が配置されるリングタイプレーザーキャビティの形態のさらなる実施形態を示す。レーザー光源２２２とレンズ２２４は、回転可能なミラー２３２の第１の表面に光を導く。ミラー２３２の第１の表面で反射された光は、ミラー２３２の第２の表面で（またはミラー２３２の第１の表面の後面で）反射する前に、４つのミラー２２０のまわりの時計回りの光路を進み、その後、戻りミラー２３４を通過する。戻りミラー２３４で反射した光は、レーザー光源２２２に向けて、反時計回りの方向に光路に沿って戻る。エタロン２３０は光路に配置されている。
【００６２】
回転可能なミラー２３２は、その法線ベクトルと本質的に直角な軸線（例えば、図７において示された軸線Ｒ）に関して１自由度で回転するように配置される。従って、エタロン２３０を通過するビームの角度は、ミラー２３２の回転とともに変化するが、ミラー２３２の第２の表面での反射により、戻りミラー２３４への入射角は不変である。本例においては、回転可能なミラー２３２は、１対の平行な反射面を有する。このことは、ミラー２３２のどのような移動もシステムに影響しないので、有利である。回転可能なミラー２３２の法線ベクトルに関する回転は、影響を有さず、他の軸線に関する回転は放物線状のわずかな感度を有する。従って、ミラー２３２が回転すると、キャビティ光路はエタロン２３０の光の入射角との関係で変化する。さらなる光路長変化は、ミラー２３２内へのビーム伝播を許容することによって、または、ガラスプレート（図示せず）などの固定部品を戻りミラー２３４の前に含むことによって提供できる。
【００６３】
いずれの固定表面（例えば、ミラー２２０）も、エタロン２３０からシングルモードを選択し、システムの調整範囲を拡張する回折要素（例えば、格子）であってもよい。部品の移動に対して結果として生じる感度を許容できる場合、ミラー２３２の移動面が均等に回折を生じるものであってよい。いずれのシステムにおいても、回折表面の対は、基盤の膨張や屈折率の変化などの周囲の影響に対するビーム角度を安定させるために用いられる。図７に示す例は、ミラー２３２の時計回りまたは反時計回転に関して対称な光路変化を含む。また、ミラー２３２の回転による光路変化の改善された直線性を達成するために、キャビティの対称性をわずかにオフセットさせることも可能である。
【００６４】
当業者は、図７に示したものの代わりの、様々な代替のリングタイプ構成を容易に考え出すことに言及されるべきである。例えば、より多いまたはより少ない固定ミラー２２０を備えていてもよい。好適には、少なくとも３つのミラーを含む。
【００６５】
図８は、２つの固定ミラー２２０および固定戻りミラー２３４を含む、図７に示したシステムの変形例を示す。この構成において、レーザー光線はミラー２３２で反射し、ミラー２３２の後面で二回目の反射をし、戻りミラー２３４から戻る前に、時計回りの光路を進む。回転可能なミラー２３２の回転軸線Ｒに関する回転は、エタロンへの光の入射角を変更することと連携して、キャビティ光路長を変更するためにも用いられる。
【００６６】
図９は本発明のさらなる実施形態を示す。レーザー光源２４０は、第１のレンズ２４２ 、固定エタロン２４４および第２のレンズ２４６を通じて光を通過させる。光は、共振キャビティを形成するために、ミラー２４８で後ろに反射される。レンズ２４２は可動である。例えば、それは、矢印２５０により示された方向に直線移動できる。実際、矢印２５０の方向に成分を有する、レンズ２４２のどのような動きでも十分である。矢印２５０で示した直線方向の軸線に沿っていないレンズの動き（すなわち、単一の自由度ではない）は、周波数調整とキャビティ長変化に対し無視できる影響がある。この単一の直線方向の自由度においてレンズを動かすことは、エタロン２４４への光の入射角を変更するために用いられ（それにより帯域通過周波数を変更する）、キャビティの光路長も変更する。従って、素早くレンズを前後に動かすことにより、必要な周波数チャープ効果を提供できる。システムの他の部品（例えば、第２のレンズ２４６またはレーザー光源２４０）の動作は、同様な効果を提供できる。
【００６７】
図１０は、図３を参照して記述されたシステムの変形例を示す。レーザーキャビティは、また、レーザー光源２０、第１のレンズ２２、直線移動可能なミラー３２、第２のレンズ２４および回折格子４２を含む。また、第２のレンズ２４と回折格子４２との間の光路に置かれたエタロン３００が含まれる。図示しないけれども、エタロン３００と回折格子４２とは、単一の部品を形成するように結合できる。
【００６８】
エタロン３００の追加により、（回折格子４２のみを使うのに比べて）隣接レーザーキャビティモードの改善されたサイドモードサプレッションが提供され、一方で、回折格子４２は、シングルモード作動を保証するために、隣接エタロンキャビティモードのサイドモードサプレッションを提供する。そのようなスキームの重要な利点は、回折格子４２のフィルタ曲線が、入射角に依存し、エタロン３００により選択されたレージングモードによって動かせられうることである。従って、この構成において、回折格子４２は、エタロン３００により選択される光の波長の変化とともに波長通過帯域が変化する可変波長バンドパスフィルタとして有効に作動する。その結果、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を越えた調整、すなわちエタロン３００のモード分離が可能になる。これは、モードホップ自由調整領域がエタロンのＦＳＲに必然的に制限される固定波長フィルタ（例えば、多層コーティングなど）と対照的である。
【００６９】
上記した実施形態は、可動光学部品の動きであって、レーザーキャビティの光路長と調整周波数特性をコントロールする単一の（第１の）自由度以外の自由度の動きを容認する。多くのこれらの実施形態は、固定されたエタロンを含む。さらなる実施形態が、固定エタロンを含む本発明の第３の観点にしたがって記述される。
【００７０】
図１１を参照すると、レーザーダイオード２０からの光がレンズ２２を通過し、可動ミラー５２で反射するレーザーデバイスが示される。ミラーで反射された光は、エタロン５０を通過し、その焦点が固定ミラー５８にレンズ５６により合わせられる。可動ミラー５２は、反射されたビームの中央の光線が実質的にレンズ５６の焦点５４を通過するように移動され、回転する。この方法において、キャビティ長およびエタロンの通過周波数は、ミラー５２の動きにより同時に変更できる。好適には、可動ミラー５２はポイント５４を中心に回転するが、これは必須ではない。作動可能であるけれども、図１１の配置は、図３を参照して記述された構成よりも、ミラー５２の偶発的な移動に敏感である。
【００７１】
図１２を参照すると、代替のレーザーデバイスが示される。レーザーダイオードからの光７０は、エタロン（適当なレンズ配置による）または回折格子を含むスペクトル調整または波長選択要素７２へ向けられる。傾斜可能なプリズム７４は、キャビティ内の光路長および波長選択的要素への光の入射角を変更するために用いられる。この方法において、キャビティ長と通過帯域周波数は、同時に調整できる。傾斜可能なプリズム７４に代えて、可変の屈折率をもつ固定ウェッジを提供することが可能である（例えば、液晶を含むか、または可変の内部空気圧を有するウェッジ）。
【００７２】
図１３はさらなる実施形態を示す。レーザーダイオード１００は、ミラー１１０により後方に反射される前に、レンズ１０２、第１の傾斜可能なプリズム１０４、固定エタロン１０６および第２の傾斜可能なプリズム１０８を通過する光を生成する。使用において、第１の傾斜可能なプリズム１０４および第２の傾斜可能なプリズム１０８は、逆方向に傾けられ（たとえば、位置１０４’および例えば１０８’へ）、それにより、キャビティ長も変更しつつ、エタロン１０６への光の入射角を変更する。
【００７３】
図１４はさらなる実施形態を示す。レーザー光源１２０は、レンズ１２２、第１の回転可能なプリズム１２４、固定エタロン１２６および第２の回転可能なプリズム１２８を通じて光をミラー１３０へ導く。第１の回転可能なプリズム１２４および第２の回転可能なプリズム１２８は、共通の軸線Ａの回りに回転可能である。第１の回転可能なプリズム１２４、第２の回転可能なプリズム１２８は同期して同じ方向に回転する。これは、エタロン１２６を通る角度と光路長が変えられることを可能にする。第１の回転可能なプリズム１２４および第２の回転可能なプリズム１２８は、整合してもよい。この方法のプリズムの回転は、モードホッピング効果なしで出力の周波数がチャープされることを可能にする。
【００７４】
図１５を参照すると、さらにチャープレーザーデバイスが示される。デバイスはレーザーダイオード１４０とレンズ１４２とを含む。第１のミラー１４４および第２のミラー１４６は、可動部材１４８により保持される。第１のミラー１４４および第２のミラー１４６は、お互いに対して固定された位置を有し、および、内側を向く実質的に平行な反射面を有する。可動部材１４８（そしてそれゆえ第１のおよび第２のミラー１４４と１４６）は、矢印１４９により示された方向において回転可能である。固定エタロン１５０は、第１および第２のミラー１４４、１４６の間の光路に挿入される。エタロン１５０は定位置に固定され、可動の部材１４８に取り付けられず、これとともに移動しない。
【００７５】
使用において、レーザーダイオード１４０からの光は第１のミラー１４４からエタロン１５０を経て第２のミラー１４６で反射される。そして、この光は、固定位置ミラー１５２に向けられてそこで反射し、共振キャビティを形成している同じ光路に沿ってレーザーダイオード１４０へ戻る。可動部材１４８の回転は、キャビティ長を変化させることに関連してエタロン１５０を通過する光の角度を変更するのがわかる。従って、可動部材１４８を前後に振動させることは、出力周波数をチャープし、モードホッピングすることを抑制する。
【００７６】
図１６は図１５のデバイスの変形例を示す。第１のミラー１７０と第２のミラー１７２との間にエタロン１５０が配置される。共振キャビティは、また、レーザーダイオード１４０、レンズ１４２および固定ミラー１５２で形成される。第１のおよび第２のミラーの同時の動きは、個々のミラーの一端部を、固定位置の枢軸点１７４に取り付けることによって達成される。個々のミラーの他端部は、ピボット１７８（曲げを含んでいてもよい）を介して直線的に移動可能な部材１７６に取り付けられる。移動可能な部材１７６（例えば、図１１において「上下に」）の移動は、ミラーの角度を変更するけれども、そのミラーを平行に保つ。従って、エタロン１５０への光の入射角は変更され、そのような変更は、キャビティ長に対応した変化を提供する。従って、出力周波数は、モードホッピング効果なしでチャープされる。
【００７７】
図１７は、上記の図５を参照して記述されたものと同様な振動する構成を使用したレーザーデバイスを示す。レーザーダイオード１８０は、レンズ１８４、第１のウェッジまたはプリズム１８６、エタロン１８８および第２のウェッジまたはプリズム１９０を介してミラー１８２に進む光を生成する。第１および第２のプリズム１８６、１９０は、振動部材１９２に設置される。部材１９２が駆動されて共振し、第１および第２のプリズム１８６、１９０をエタロン１８８に対して同期して接近および離隔する。これは、音叉タイプの構成として考えられる。第１のおよび第２のプリズム１８６、１９０をこの方法で同時に傾けることは、エタロン１８８への光の入射角が、キャビティ長を変更することと関連して変えられることを可能にする。
【００７８】
図１８は図１７の構成の反射の変形例を示す。反射型回折要素１９４はエタロン１８８と第２のプリズム１９０の間に配置される。回折要素と組み合わせてエタロンを使うことの利点は、図１０を参照して上で詳細に説明されている。この例において、第２のプリズム１９０は純粋にメカニカルなバランスのために提供され、従って、非光学部品またはカウンターウェイトで置換できる。
【００７９】
図５、１７、および１８を参照して記述された例は、平衡し、二次元の、振動性の動きを示す。このような平衡した動作は、それがシステムの残りに対するメカニカルな外乱を最小化するので、有利である。また、上記の例は、二次元において示されたが、紙面（例えば）に垂直な軸線に関して反対に振動する３つ以上の部品の釣り合いの取れた振動メカニズムが同様に実現可能である。いわゆる「完全な」機構を提供する、相反する動きの振動に加えて、回転表面を含んでいるスキームが、以下で記述されるように、提供できる。
【００８０】
図１９はさらなるレーザーデバイスを示す。第１の反射面２０２および第２の反射面２０３を有するボビンまたはリング２００が提供される。リング２００は、回転する軸線Ｒの回りに回転可能で、エタロン２０４はリング２００に隣接して配置される。レーザーダイオード２０６およびレンズ２０８は、エタロン２０４を介して第２の反射面２０３に指向される、リング２００の第１の反射面２０２に光線を導く。第２の反射面２０３で反射された光は、固定ミラー２１４に向けられる。ミラー２１４からの後ろに反射された光は、同じ光路に沿ってレーザーダイオード２０６に戻り、それにより、共振キャビティを形成する。円柱状の光学部品２１６、２１８は、エタロン２０４を通じて平行ビームを提供する。回転する軸線Ｒは、ボビン２００の対称線に対してわずかにずれており、ボビンが回転すると、反射面２０３、２０３が入力レーザー光線に対して揺れ、これにより、エタロン２０４への光の有効光路長および入射角を変える。当業者にとって、可能な内部および外部の反射面を備える様々な代替の回転ディスクおよびプレートタイプスキームは容易に想到される。
【００８１】
図２０は、レーザー光源８０からの光が可動のエタロン８２を通過してミラー８４に進む代替のレーザーデバイスを示す。エタロン８２は、第１のガラスプレート８６および第２のガラスプレート８８から形成される。第１のおよび第２のガラスプレートの内側の面は、コーティングされ、スペーサー要素９０によってお互いに実質的に平行に保持されたミラーである。中空のキャビティが示されているけれども、キャビティはガラスで形成できる。第２のガラスプレート８８は、ミラー８４への光を指向するウェッジ角度を持つプリズムである。矢印９２により示されるようにエタロン８２を回転させると、エタロンへの光の入射角を引き起こし、それにより、通過周波数を変更する。エタロン８２の同一の回転動作は、第２のガラスプレート８８のウェッジを通る光路長を変更することにより、デバイスのキャビティ長も変更する。従って、帯域通過周波数およびキャビティ長は一緒にコントロールされる。
【００８２】
図２１を参照して別のレーザーデバイスを示す。レーザー光源２６０は、第１のレンズ２６２、エタロン２６４および第２のレンズ２６６を通じる光を送る。光は、共振キャビティを形成するために、ミラー２６８により後ろに反射される。エタロン２６４は、第１のガラスプレート２７０および第２のガラスプレート２７２を含む。平行なミラー化された内面が使われる標準のエタロンと違って、第１および第２のガラスプレート２７０、２７２のミラーコートされた内面２７１、２７３は、お互いにわずかに角度が付けられている。例えば、ウェッジ角度は、好適には、λが波長であり、Ｄがビーム直径とすると、λ／Ｄより小さい。第１および第２のガラスプレート２７０、２７２の外面は、また、好適には、互いに不平行であり、好適には、内面と不平行である。
【００８３】
エタロンのミラー化された内面のウェッジ角度は、長さに沿って通過周波数が変更され、または、エタロンのウェッジ角度で変わることを意味している。光路長に対応した変化は、また、第１および第２のガラスプレートの外の角度を適切に選ぶことによって提供できる。この方法において、矢印２７４により示された方向のエタロン２６４の直線方向の移動は、光路長も変更する間、通過周波数（すなわち、光路のエタロン内面の間隔を変更することによる）を変更する効果がある。エタロンを移動させる代わりに、適切なビーム指向要素は、光ビームがエタロンを横切る位置を変更するために提供できる。例えば、光ビームは、傾けられたガラスプレートまたは変位したプリズムを使って移動できる。
【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】
2015164199.tif 000024
【図１８】
2015164199.tif 000025
【図１９】
2015164199.tif 000026
【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月22日(2015.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学部品から形成されたレーザーキャビティを含む、周波数調整可能なレーザーデバイスであって、
前記複数の光学部品は、光線を生成するためのレーザー光源、スペクトル調整要素、および、前記光線を前記スペクトル調整要素に向けるための１つ以上のさらなる光学部品を含み、
前記複数の光学部品の少なくとも一つは第１の自由度で可動であり、該少なくとも一つの可動の光学部品の、前記第１の自由度でのそのような動きが、同期している前記レーザーキャビティの有効光路長および前記スペクトル調整要素の調整周波数を同時に変更し、モードホッピングが抑制された調整周波数を提供し、
前記複数の光学部品は、前記少なくとも一つの可動の光学部品の前記第１の自由度以外のどのような自由度での動きも前記有効光路長と前記調整周波数の間の前記同期に実質的に影響しないように適合されおよび配置されている、
ことを特徴とする周波数調整可能なレーザーデバイス。
【請求項２】
前記複数の光学部品は、さらに、前記レーザーキャビティの前記有効光路長および前記スペクトル調整要素の前記調整周波数が、前記少なくとも一つの可動の光学部品の、前記第１の自由度以外のどのような自由度での動きにも実質的に依存しないように適合されおよび配置されている、請求項１に記載のレーザーデバイス。
【請求項３】
前記第１の自由度における前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きをコントロールするためのアクチュエーターを含む、請求項１に記載のレーザーデバイス。
【請求項４】
前記アクチュエーターは、５０Ｈｚ以上の繰り返し率で周波数変調を提供する、前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きを許容する、請求項３に記載のレーザーデバイス。
【請求項５】
前記アクチュエーターが、曲げメカニカルシステムおよび平衡振動メカニカルシステムの少なくとも一つを含む、請求項３または４に記載のレーザーデバイス。
【請求項６】
前記少なくとも一つの可動の光学部品は、それぞれ前記第１の自由度で可動の１つ以上の可動のビーム指向要素を含み、前記１つ以上の可動のビーム指向要素の前記第１の自由度における動きが、前記スペクトル調整要素への前記光線の入射角を変更する、請求項１から５のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項７】
前記１つ以上の可動のビーム指向要素は、その両方が可動部材によって保持されつつ前記第１の自由度で移動可能な第１の可動のビーム指向要素および第２の可動のビーム指向要素を備え、および、前記第１の可動のビーム指向要素および前記第２の可動のビーム指向要素の前記第１の自由度での動きが、前記スペクトル調整要素への前記光線の入射角を、該スペクトル調整要素が前記第１および第２の可動のビーム指向要素の間に位置している状態で変更する、請求項６に記載のレーザーデバイス。
【請求項８】
前記１つ以上の可動のビーム指向要素は、前記第１の自由度で可動の第１の可動のビーム指向要素を含み、前記第１の可動のビーム指向要素だけの動きが、前記有効光路長および前記調整周波数の同時の変更を提供する、請求項６に記載のレーザーデバイス。
【請求項９】
前記１つ以上のさらなる光学部品は、少なくとも一つのレンズを含み、前記第１の可動のビーム指向要素が少なくとも一つのレンズの焦点深度内に配置されている、請求項８に記載のレーザーデバイス。
【請求項１０】
前記第１の可動のビーム指向要素は可動ミラーを含み、前記光線は斜めの角度で前記可動ミラーに入射する、請求項８または９に記載のレーザーデバイス。
【請求項１１】
前記第１の可動のビーム指向要素は、ガラスプレートまたはレンズなどの透過性要素を含む、請求項８または９に記載のレーザーデバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きの前記第１の自由度は直動軸線に沿った移動である、請求項１から１１のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの可動の光学部品の動きの前記第１の自由度は軸線周りの回転である、請求項１から１１のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１４】
前記スペクトル調整要素は、前記レーザーデバイス内に実質的に固定された状態に保たれている、請求項１から１３のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１５】
前記１つ以上のさらなる光学部品は、前記スペクトル調整要素に入射する前記光線を平行光にする、請求項１から１４のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１６】
前記スペクトル調整要素は、エタロンおよび回折光学要素のうち少なくとも一つを含む、請求項１から１５のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項１７】
光線を生成するためのレーザー光源、
スペクトル調整要素、
前記スペクトル調整要素への前記光線の入射角を変更するための可動のビーム指向部品、および、
前記レーザー光源からの前記光線を前記可動のビーム指向部品に集中させるための少なくとも一つのレンズを有し、
前記可動のビーム指向部品は、前記少なくとも一つのレンズの焦点深度内に配置されることを特徴とする周波数制御可能なレーザーデバイス。
【請求項１８】
前記可動のビーム指向部品はミラーを含む、請求項１７に記載のレーザーデバイス。
【請求項１９】
前記可動のビーム指向部品は、プレートまたはレンズなどの透過性部品を含む、請求項１７に記載のレーザーデバイス。
【請求項２０】
前記スペクトル調整要素に入射する前記光線が平行光にされる、請求項１７から１９のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項２１】
前記スペクトル調整要素は、エタロンおよび回折要素のうち少なくとも一つを含む、請求項１７から２０のいずれかに記載のレーザーデバイス。
【請求項２２】
周波数調整可能なレーザーデバイスであって、
エタロン、および、
前記エタロンへ入射する光線を生成するためのレーザーダイオードを備え、
前記エタロンは、前記レーザーデバイス内に実質的に固定された状態に保たれており、
および、前記エタロンへの前記光線の入射角が変更可能であり、
前記レーザーデバイスのキャビティ長および前記エタロンの通過周波数は、前記エタロンへの前記光線の前記入射角が変更されたときに両方が変化し、それにより、前記レーザーデバイスのモードホッピングを実質的に抑制する、レーザーデバイス。
【請求項２３】
前記エタロンへの前記光線の前記入射角および前記キャビティの光路長をコントロールするための１つ以上の追加の光学部品を含む、請求項２２に記載のレーザーデバイス。
【外国語明細書】
2015164199000001.pdf