(57)【要約】【課題】光学部品の位置ずれによる波長検出の誤差を防ぐことが可能な波長検出装置および波長検出方法を提供する。【解決手段】レーザ光源装置１０Ａは、光ビームを出射するレーザダイオード１と、光ビームを０次光を含む複数の第１回折光に回折し、複数の第１回折光の一部をレーザダイオード１に帰還させる回折格子３と、複数の第１回折光の０次光を第１および第２の光ビームに分離し、第１の光ビームを外部に出射するビームスプリッタ４と、第２の光ビームを第３および第４の回折光を含む複数の第２回折光に回折する回折格子５と、第３の回折光を複数の第１受光部で受光する２分割フォトディテクタ８と、第４の回折光を複数の第２受光部で受光する２分割フォトディテクタ９と、複数の第１受光部の差動信号と複数の第２受光部の差動信号とに基づいて光ビームの波長を検出する演算部とを備える。【選択図】図１
2008122096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部共振型レーザの光ビームの波長を検出する波長検出装置であって、
光ビームを出射する光源と、
前記光ビームを０次光を含む複数の第１回折光に回折し、前記複数の第１回折光の一部を前記光源に帰還させる第１の回折格子と、
前記複数の第１回折光の０次光を第１および第２の光ビームに分離し、前記第１の光ビームを外部に出射する光学分離部と、
前記第２の光ビームを第３および第４の回折光を含む複数の第２回折光に回折する第２の回折格子と、
前記第３の回折光を複数の第１受光部で受光する第１の光検出部と、
前記第４の回折光を複数の第２受光部で受光する第２の光検出部と、
前記複数の第１受光部の差動信号と前記複数の第２受光部の差動信号とに基づいて前記光ビームの波長を検出する演算部とを備える、波長検出装置。
【請求項２】
前記第１および前記第２の光検出部は、前記複数の第２回折光に含まれる０次光を挟んで両側に配置されている、請求項１に記載の波長検出装置。
【請求項３】
前記第１および前記第２の光検出部は、前記第２の光ビームの進行方向から見たときの前記複数の第２回折光の方向と垂直な方向に受光部が分割されている、請求項１または２に記載の波長検出装置。
【請求項４】
前記第２の回折格子は、第１および第２の回折部を含む複数の回折部に分割され、
前記第１の光検出部は、前記第１の回折部によって回折された前記第３の回折光を複数の第３受光部で受光する第３の光検出部と、前記第２の回折部によって回折された前記第３の回折光を複数の第４受光部で受光する第４の光検出部とを含み、
前記第２の光検出部は、前記第１の回折部によって回折された前記第４の回折光を複数の第５受光部で受光する第５の光検出部と、前記第２の回折部によって回折された前記第４の回折光を複数の第６受光部で受光する第６の光検出部とを含み、
前記演算部は、前記複数の第３受光部の差動信号、前記複数の第４受光部の差動信号、前記複数の第５受光部の差動信号、および前記複数の第６受光部の差動信号に基づいて前記光ビームの波長を検出する、請求項１〜３のいずれかに記載の波長検出装置。
【請求項５】
前記第２の光ビームを前記第２の回折格子を介して前記第１および前記第２の光検出部上に任意の曲率で集光する集光部をさらに備える、請求項１に記載の波長検出装置。
【請求項６】
前記第１および前記第２の光検出部は、前記複数の第２回折光に含まれる０次光の一方の側に配置されている、請求項１に記載の波長検出装置。
【請求項７】
前記第１および前記第２の光検出部は、前記第２の光ビームの進行方向から見たときの前記複数の第２回折光の方向と平行な方向に受光部が分割されている、請求項１または６に記載の波長検出装置。
【請求項８】
前記第２の回折格子は、前記第２の光ビームを前記第１および前記第２の光検出部上に任意の曲率で集光する、請求項１、６または７に記載の波長検出装置。
【請求項９】
前記第２の回折格子は、第１および第２の回折部を含む複数の回折部に分割され、
前記第１の光検出部は、前記第１の回折部によって回折された前記第３の回折光を複数の第３受光部で受光する第３の光検出部を含み、
前記第２の光検出部は、前記第２の回折部によって回折された前記第３の回折光を複数の第４受光部で受光する第４の光検出部を含み、
前記演算部は、前記複数の第３受光部の差動信号と前記複数の第４受光部の差動信号とに基づいて前記光ビームの波長を検出する、請求項６〜８のいずれかに記載の波長検出装置。
【請求項１０】
前記第２の回折格子は、多分割ホログラムである、請求項４または９に記載の波長検出装置。
【請求項１１】
外部共振型レーザの光ビームの波長を検出する波長検出方法であって、
光源から出射された光ビームを０次光を含む複数の第１回折光に回折し、前記複数の第１回折光の一部を前記光源に帰還させるステップと、
前記複数の第１回折光の０次光を第１および第２の光ビームに分離し、前記第１の光ビームを外部に出射するステップと、
前記第２の光ビームを第３および第４の回折光を含む複数の第２回折光に回折するステップと、
前記第３の回折光を複数の第１受光部で受光するステップと、
前記第４の回折光を複数の第２受光部で受光するステップと、
前記複数の第１受光部の差動信号と前記複数の第２受光部の差動信号とに基づいて前記光ビームの波長を検出するステップとを備える、波長検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長検出装置および波長検出方法に関し、より特定的には、外部共振型レーザの光ビームの波長を検出する波長検出装置および波長検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィーを使ってデータを記録するホログラム記録装置の研究開発が進められている。
【０００３】
ホログラム記録装置では、変調された信号光および変調されない参照光の２つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。これにより、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光とが干渉して照射点に回折格子（ホログラム）が形成される。その結果、ホログラム記録媒体にデータが記録される。信号光が変調されると、信号光にデータが重畳される。
【０００４】
記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光（再生光）が発生する。この再生光は、記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光することで記録された信号を再生できる。
【０００５】
ホログラム記録再生用の光源には、たとえばガスレーザ、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）レーザのように、極めてコヒーレンシーのよいシングルモードのレーザ光源が必要とされる。通常のレーザダイオードはマルチモードのため、ホログラム記録再生用光源としてはコヒーレンシーの点で不十分である。
【０００６】
しかしながら、レーザダイオードを外部共振型レーザとして構成すれば、コヒーレンシーの良好なホログラム記録再生用の光源を実現することができる。小型・省電力であるブルーレーザダイオードもまた、外部共振型とすることでホログラム光源として利用できるようになる。
【０００７】
レーザ光をホログラム記録に用いる時に重要なのは、波長の再現性である。特に、波長を変えて情報を記録する波長多重を行なう際には、出力光の波長を意図した長さに制御しなくてはならない。波長多重を行なう場合には、たとえば波長可変型の外部共振器レーザを用いることができる。
【０００８】
外部共振器レーザにおける外部共振器には、たとえばリトロー（Littrow）型がある。このような外部共振器では、まず、レーザダイオードから出射されたレーザビームがコリメートレンズにより平行光となり、反射型の回折格子に照射される。回折格子で反射された光ビームは、０次光と１次光とに分離される。１次光は、来た光路をそのまま通ってレーザダイオードに帰還する。
【０００９】
上記のように、外部共振器レーザは、レーザダイオードと反射型回折格子とで構成される。レーザダイオードは、反射型回折格子の格子形状、および反射型回折格子とレーザダイオードとの距離で決まる波長で発振する。このようなレーザ光源の波長を検出する手段は、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１では、簡略化された装置を用いて光の波長を検出する。具体的には、以下のとおりである。
【００１０】
図１２は、従来のレーザ光源装置１００の概略的な構成を示した図である。
図１２を参照して、従来のレーザ光源装置１００は、レーザダイオード１０１と、コリメートレンズ１０２と、回折格子１０３と、制御部１１０と、不完全ミラー１１１と、２分割フォトディテクタ１１２とを含む。レーザダイオード１０１は、マルチモードのレーザ光を発光し、たとえば４１０ｎｍ程度のブルーのレーザ光を発光する。コリメートレンズ１０２は、レーザダイオード１０１により発光されたレーザ光を平行光にする。
【００１１】
図１３は、図１２のレーザ光源装置１００において回折格子１０３に入射するレーザ光の様子を示した図である。
【００１２】
図１３に示すように、回折格子１０３は、レーザダイオード１０１からのレーザ光を受けて、所定の方向へ０次光Ｌ０を発生するとともに、波長ごとに異なる方向へ１次光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｋを発生する。レーザダイオード１０１から出射されるレーザ光の大半は、回折格子１０３の０次光Ｌ０としてミラーのように反射される。
【００１３】
回折格子１０３とレーザダイオード１０１との間の角度は、１次光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｋのうち特定波長（たとえば４１０ｎｍ）の１次光Ｌ１ｋがレーザダイオード１０１に戻るように設定されている。これにより、レーザダイオード１０１内でその波長成分だけが増幅される。その結果、レーザダイオード１０１はシングルモード発振となる。
【００１４】
図１２に戻って、不完全ミラー１１１は、回折格子１０３によって回折された０次光Ｌ０の一部を光ビームＬｒとしてレーザ光源装置１００の外側に向けて反射し、他の一部を透過する。
【００１５】
図１４は、図１２のレーザ光源装置１００における２分割フォトディテクタ１１２の構成の一例を示した図である。図１４に示すように、２分割フォトディテクタ１１２は、不完全ミラー１１１を透過した光ビームＳＰが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部１１２Ａ，１１２Ｂを有する。
【００１６】
図１５は、レーザダイオード１０１の発振波長と回折格子１０３の角度との関係を示した図である。
【００１７】
図１５に示すように、回折格子１０３の角度に応じてレーザダイオード１０１の発振波長が変化する。図１２を参照して、回折格子１０３によって回折された０次光Ｌ０は、一部が光ビームＳＰとして不完全ミラー１１１を透過する。不完全ミラー１１１を透過した光ビームＳＰは、２分割フォトディテクタ１１２の分割線上に入射する。
【００１８】
このため、２分割フォトディテクタ１１２上の光ビームＳＰは、レーザダイオード１０１の発振波長に応じて図１４の矢印方向に変動する。２分割フォトディテクタ１１２では、この光ビームＳＰの変動に応じて、受光部１１２Ａと受光部１１２Ｂとの間で出力が変動する。レーザ光源装置１００は、この出力変動を検出することでレーザダイオード１０１の発振波長を検出している。
【特許文献１】特開２００６−１１４１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図１２に示す従来のレーザ光源装置１００は、１つの２分割フォトディテクタ１１２の差動出力で光の変動量（波長変化）を検出する。しかし、２分割フォトディテクタ１１２や不完全ミラー１１１などの光学部品は、環境温度の変化や経年変化により位置がずれる可能性がある。従来のレーザ光源装置１００において上記の光学部品の位置がずれた場合、差動出力レベルが変化し、波長検出の誤差の原因となる。
【００２０】
それゆえに、この発明の目的は、光学部品の位置ずれによる波長検出の誤差を防ぐことが可能な波長検出装置および波長検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明のある局面によれば、外部共振型レーザの光ビームの波長を検出する波長検出装置であって、光ビームを出射する光源と、光ビームを０次光を含む複数の第１回折光に回折し、複数の第１回折光の一部を光源に帰還させる第１の回折格子と、複数の第１回折光の０次光を第１および第２の光ビームに分離し、第１の光ビームを外部に出射する光学分離部と、第２の光ビームを第３および第４の回折光を含む複数の第２回折光に回折する第２の回折格子と、第３の回折光を複数の第１受光部で受光する第１の光検出部と、第４の回折光を複数の第２受光部で受光する第２の光検出部と、複数の第１受光部の差動信号と複数の第２受光部の差動信号とに基づいて光ビームの波長を検出する演算部とを備える。
【００２２】
好ましくは、第１および第２の光検出部は、複数の第２回折光に含まれる０次光を挟んで両側に配置されている。
【００２３】
好ましくは、第１および第２の光検出部は、第２の光ビーム進行方向から見たときの複数の第２回折光の方向と垂直な方向に受光部が分割されている。
【００２４】
好ましくは、第２の回折格子は、第１および第２の回折部を含む複数の回折部に分割されている。第１の光検出部は、第１の回折部によって回折された第３の回折光を複数の第３受光部で受光する第３の光検出部と、第２の回折部によって回折された第３の回折光を複数の第４受光部で受光する第４の光検出部とを含む。第２の光検出部は、第１の回折部によって回折された第４の回折光を複数の第５受光部で受光する第５の光検出部と、第２の回折部によって回折された第４の回折光を複数の第６受光部で受光する第６の光検出部とを含む。演算部は、複数の第３受光部の差動信号、複数の第４受光部の差動信号、複数の第５受光部の差動信号、および複数の第６受光部の差動信号に基づいて光ビームの波長を検出する。
【００２５】
好ましくは、第２の光ビームを第２の回折格子を介して第１および第２の光検出部上に任意の曲率で集光する集光部をさらに備える。
【００２６】
好ましくは、第１および第２の光検出部は、複数の第２回折光に含まれる０次光の一方の側に配置されている。
【００２７】
好ましくは、第１および第２の光検出部は、第２の光ビームの進行方向から見たときの複数の第２回折光の方向と平行な方向に受光部が分割されている。
【００２８】
好ましくは、第２の回折格子は、第２の光ビームを第１および第２の光検出部上に任意の曲率で集光する。
【００２９】
好ましくは、第２の回折格子は、第１および第２の回折部を含む複数の回折部に分割されている。第１の光検出部は、第１の回折部によって回折された第３の回折光を複数の第３受光部で受光する第３の光検出部を含む。第２の光検出部は、第２の回折部によって回折された第３の回折光を複数の第４受光部で受光する第４の光検出部を含む。演算部は、複数の第３受光部の差動信号と複数の第４受光部の差動信号とに基づいて光ビームの波長を検出する。
【００３０】
好ましくは、第２の回折格子は、多分割ホログラムである。
この発明の他の局面によれば、外部共振型レーザの光ビームの波長を検出する波長検出方法であって、光源から出射された光ビームを０次光を含む複数の第１回折光に回折し、複数の第１回折光の一部を光源に帰還させるステップと、複数の第１回折光の０次光を第１および第２の光ビームに分離し、第１の光ビームを外部に出射するステップと、第２の光ビームを第３および第４の回折光を含む複数の第２回折光に回折するステップと、第３の回折光を複数の第１受光部で受光するステップと、第４の回折光を複数の第２受光部で受光するステップと、複数の第１受光部の差動信号と複数の第２受光部の差動信号とに基づいて光ビームの波長を検出するステップとを備える。
【発明の効果】
【００３１】
この発明によれば、光学部品の位置ずれによる波長検出の誤差を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるレーザ光源装置１０Ａの概略的な構成を示した図である。
【００３４】
図１を参照して、実施の形態１のレーザ光源装置１０Ａは、レーザダイオード１と、コリメートレンズ２と、回折格子３と、ビームスプリッタ４と、光検出部１１とを備える。光検出部１１は、回折格子５と、２分割フォトディテクタ８，９とを含む。
【００３５】
レーザダイオード１は、マルチモードのレーザ光を発光し、たとえば４０５ｎｍ程度のブルーのレーザ光を発光する。コリメートレンズ２は、レーザダイオード１により発光されたレーザ光を平行光にする。回折格子３は、図１３で説明したのと同様に、レーザダイオード１からのレーザ光を受けて、所定の方向へ０次光を発生するとともに、波長ごとに異なる方向へ１次光を発生する。
【００３６】
レーザダイオード１から出射されるレーザ光の大半は、回折格子３の０次光としてミラーのように回折される。回折格子３とレーザダイオード１との間の角度は、１次光のうち特定波長（たとえば４０５ｎｍ）の１次光がレーザダイオード１に戻るように設定されている。これにより、レーザダイオード１内でその波長成分だけが増幅される。その結果、レーザダイオード１はシングルモード発振となる。
【００３７】
ビームスプリッタ４は、回折格子３によって回折された０次光のうち、一部を光ビームＲＬとしてレーザ光源装置１０Ａの外側に向けて反射し、他の一部を光ビームＴＬとして透過する。反射された光ビームＲＬは、たとえばホログラムの記録または再生に用いられる光源となる。透過した光ビームＴＬは、光検出部１１の回折格子５に入射し、０次光０Ｌおよび±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌに回折される。±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌは、２分割フォトディテクタ８，９にそれぞれ落射する。
【００３８】
なお、反射された光ビームＲＬが光検出部１１の回折格子５に入射し、透過した光ビームＴＬがレーザ光源装置１０Ａの外側に向けて出射されるように、レーザ光源装置１０Ａを構成してもよい。
【００３９】
図２は、図１のレーザ光源装置１０Ａにおける光検出部１１のより具体的な構成を示した上面図である。
【００４０】
図２を参照して、２分割フォトディテクタ８は、回折格子５によって回折された−１次回折光−１Ｌが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部８Ａ，８Ｂを有する。２分割フォトディテクタ９は、回折格子５によって回折された＋１次回折光＋１Ｌが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部９Ａ，９Ｂを有する。±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの回折方向と２分割フォトディテクタ８，９の分割線方向とは、上面から見て垂直となっている。
【００４１】
２分割フォトディテクタ８は、分割線上に−１次回折光−１Ｌのスポット光８Ｓを受光する。２分割フォトディテクタ９は、分割線上に＋１次回折光＋１Ｌのスポット光９Ｓを受光する。ここで、図１のビームスプリッタ４を透過する光ビームＴＬの波長が変化すると、それに応じて回折格子５の±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの回折角度がわずかに変化する。その結果、スポット光８Ｓの位置は、スポット光８ＳＬ，８ＳＳのように分割線に垂直な方向に変動し得る。同様に、スポット光９Ｓの位置は、スポット光９ＳＬ，９ＳＳのように分割線に垂直な方向に変動し得る。
【００４２】
図３は、２分割フォトディテクタ８，９から出力される信号を処理する構成の一例を示した図である。
【００４３】
図３を参照して、レーザ光源装置１０Ａは、２分割フォトディテクタ８，９の出力側に加算器１１Ａ，１１Ｂおよび減算器１２をさらに含む。ここで、２分割フォトディテクタ８の受光部８Ａ，８Ｂから出力される信号をそれぞれ出力信号８ＳＡ，８ＳＢと称する。同様に、２分割フォトディテクタ９の受光部９Ａ，９Ｂから出力される信号をそれぞれ出力信号９ＳＡ，９ＳＢと称する。
【００４４】
加算器１１Ａは、出力信号８ＳＡと出力信号９ＳＡとを加算する。加算器１１Ｂは、出力信号８ＳＢと出力信号９ＳＢとを加算する。減算器１２は、加算器１１Ａの出力信号８ＳＡ＋９ＳＡから加算器１１Ｂの出力信号８ＳＢ＋９ＳＢを減算して落射位置変動ＳＰＨを出力する。図２で説明したように光ビームＴＬの波長変化に応じてスポット光８Ｓ，９Ｓの位置が変動すると、その変動に応じて２分割フォトディテクタ８，９の出力信号８ＳＡ，８ＳＢ，９ＳＡ，９ＳＢの値も変化する。
【００４５】
光ビームＴＬの波長が短くなる場合、受光部８Ａ，９Ａにおいて出力信号８ＳＡ，９ＳＡの値が小さくなり、受光部８Ｂ，９Ｂにおいて出力信号８ＳＢ，９ＳＢの値が大きくなる。つまり、波長が短くなる場合は、８ＳＡ＜８ＳＢ，９ＳＡ＜９ＳＢとなる。逆に、波長が長くなる場合は、８ＳＡ＞８ＳＢ，９ＳＡ＞９ＳＢとなる。スポット光８Ｓ，９Ｓの落射位置変動ＳＰＨは、出力信号８ＳＡ，８ＳＢ，９ＳＡ，９ＳＢに基づいて、以下の演算式により求められる。
【００４６】
ＳＰＨ＝（８ＳＡ＋９ＳＡ）−（８ＳＢ＋９ＳＢ）
図４は、図３において２分割フォトディテクタ８，９が位置ずれした場合の±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの落射位置を示した図である。
【００４７】
図４は、２分割フォトディテクタ８，９が経時変化などにより図中のＸ方向に位置ずれを起こした場合の±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの落射位置変化を表わす。図４に示すように、２分割フォトディテクタ８，９がＸ方向にずれた場合には、受光部８Ｂ，９Ａに入射する±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの光量が大きくなり、受光部８Ａ，９Ｂに入射する±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの光量が小さくなる。つまり、＋Ｘ方向にずれた場合は、８ＳＡ＜８ＳＢ，９ＳＡ＞９ＳＢとなる。逆に、−Ｘ方向にずれた場合は、８ＳＡ＞８ＳＢ，９ＳＡ＜９ＳＢとなる。
【００４８】
上記のように、２分割フォトディテクタ８，９が±Ｘ方向（面内方向）に位置ずれした場合、スポット光８Ｓ，９Ｓの落射位置変動ＳＰＨは、波長変化の場合と異なり、括弧内において増分と減分とが打ち消しあう。その結果、２分割フォトディテクタ８，９の位置ずれによる落射位置変動ＳＰＨは０となる。すなわち、レーザ光源装置１０Ａは、２分割フォトディテクタ８，９の位置ずれの影響を受けずに、波長変化にともなう落射位置変動ＳＰＨを検出することができる。
【００４９】
以上のように、実施の形態１のレーザ光源装置１０Ａは、２分割フォトディテクタ８，９などの光学素子の面内方向の位置ずれに関しては、２分割フォトディテクタ８，９の出力信号８ＳＡ，８ＳＢ，９ＳＡ，９ＳＢを演算することにより影響をキャンセルすることができる。これにより、光学素子の位置ずれの影響を受けずに、波長変化にともなう落射位置変動ＳＰＨを検出することができる。
【００５０】
図５は、回折格子５が回転する場合における光検出部１１のより具体的な構成を示した上面図である。
【００５１】
図５に示すように、分割されていない回折格子５が経時変化などで図中のＲ方向に回転した場合、スポット光８Ｓ，９Ｓの位置は、スポット光８ＳＲ，９ＳＲのように点対称に変化する。具体的には、受光部８Ａ，９Ａにおいて出力信号８ＳＡ，９ＳＡの値が小さくなり、受光部８Ｂ，９Ｂにおいて出力信号８ＳＢ，９ＳＢの値が大きくなる。つまり、８ＳＡ＜８ＳＢ，９ＳＡ＜９ＳＢとなる。このように、回折格子５が分割されていない場合、回折格子５の回転は落射位置変動ＳＰＨの値に影響を及ぼし、光ビームＴＬの波長検出誤差の原因となり得る。
【００５２】
図６は、図１のレーザ光源装置１０Ａにおける光検出部１１の変形例である光検出部１１Ｍの構成を示した上面図である。
【００５３】
図６を参照して、光検出部１１Ｍは、回折格子５Ｍと、２分割フォトディテクタ８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂとを含む。回折格子５Ｍは、図２，５の回折格子５と異なり、２つに分割された回折部５１ａ，５１ｂを有する。回折部５１ａは、光ビームＴＬを０次光０Ｌおよび±１次回折光＋１Ｌａ，−１Ｌａに回折する。回折部５１ｂは、光ビームＴＬを０次光０Ｌおよび±１次回折光＋１Ｌｂ，−１Ｌｂに回折する。
【００５４】
２分割フォトディテクタ８ａは、回折部５１ａによって回折された−１次回折光−１Ｌａが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部８Ａ，８Ｂを有する。２分割フォトディテクタ８ｂは、回折部５１ｂによって回折された−１次回折光−１Ｌｂが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部８Ｃ，８Ｄを有する。２分割フォトディテクタ９ａは、回折部５１ａによって回折された＋１次回折光＋１Ｌａが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部９Ａ，９Ｂを有する。２分割フォトディテクタ９ｂは、回折部５１ｂによって回折された＋１次回折光＋１Ｌｂが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部９Ｃ，９Ｄを有する。
【００５５】
ここで、２分割フォトディテクタ８ａの受光部８Ａ，８Ｂから出力される信号をそれぞれ出力信号８ＳＡ，８ＳＢと称する。同様に、２分割フォトディテクタ８ｂの受光部８Ｃ，８Ｄから出力される信号をそれぞれ出力信号８ＳＣ，８ＳＤと称する。また、２分割フォトディテクタ９ａの受光部９Ａ，９Ｂから出力される信号をそれぞれ出力信号９ＳＡ，９ＳＢと称する。同様に、２分割フォトディテクタ９ｂの受光部９Ｃ，９Ｄから出力される信号をそれぞれ出力信号９ＳＣ，９ＳＤと称する。
【００５６】
図６の光検出部１１Ｍの構成において、スポット光８ａＳ，８ｂＳ、９ａＳ，９ｂＳの落射位置変動ＳＰＨｍは、出力信号８ＳＡ〜８ＳＤ，９ＳＡ〜９ＳＤに基づいて、以下の演算式により求められる。
【００５７】
ＳＰＨｍ＝（８ＳＡ＋８ＳＣ＋９ＳＡ＋９ＳＣ）
−（８ＳＢ＋８ＳＤ＋９ＳＢ＋９ＳＤ）
図６に示すように、回折格子５Ｍが経時変化などで図中のＲ方向に回転した場合、スポット光８ａＳ，８ｂＳ、９ａＳ，９ｂＳの位置は、スポット光８ａＳＲ，８ｂＳＲ、９ａＳＲ，９ｂＳＲのように点対称に変化する。具体的には、受光部８Ａ，８Ｄ，９Ｂ，９Ｃにおいて出力信号８ＳＡ，８ＳＤ，９ＳＢ，９ＳＣの値が小さくなり、受光部８Ｂ，８Ｃ，９Ａ，９Ｄにおいて出力信号８ＳＢ，８ＳＣ，９ＳＡ，９ＳＤの値が大きくなる。
【００５８】
つまり、＋Ｒ方向に回転した場合は、８ＳＡ＜８ＳＢ，８ＳＣ＞８ＳＤ，９ＳＡ＞９ＳＢ，９ＳＣ＜９ＳＤとなる。逆に、−Ｒ方向に回転した場合は、８ＳＡ＞８ＳＢ，８ＳＣ＜８ＳＤ，９ＳＡ＜９ＳＢ，９ＳＣ＞９ＳＤとなる。
【００５９】
上記のように、回折格子５Ｍが±Ｒ方向に回転した場合、スポット光８ａＳ，８ｂＳ、９ａＳ，９ｂＳの落射位置変動ＳＰＨｍは、分割されていない回折格子５の場合と異なり、括弧内において増分と減分とが打ち消しあう。その結果、回折格子５Ｍの回転による落射位置変動ＳＰＨｍは０となる。すなわち、レーザ光源装置１０Ａは、光検出部１１Ｍを用いることで、回折格子５Ｍの回転の影響を受けずに、波長変化にともなう落射位置変動ＳＰＨｍを検出することができる。
【００６０】
なお、光検出部１１Ｍにおいて、回折格子５Ｍが３つ以上に分割されていたとしても、２分割フォトディテクタ８，９をそれに合わせて構成することは可能である。
【００６１】
以上のように、実施の形態１によるレーザ光源装置は、マルチモードのレーザ光を発光するレーザ光源と、レーザ光源により発光されたレーザ光を平行光とするコリメートレンズと、コリメートレンズにより平行光にされたレーザ光のうち、１次回折光をレーザ光源の方向に反射し、０次光をレーザ光源以外の方向に反射または透過させる第１の回折格子（外部共振器）と、第１の回折格子の０次光を２つの異なる方向に回折させて、それぞれ異なる光検出器（たとえば、２分割フォトディテクタ）に導く第２の回折格子とを具備することを特徴とする。
【００６２】
上記の構成により、波長が変化すると第２の回折格子での±１次回折光の回折角度が変化する。そのため、各光検出器の出力の演算により、波長変化が検出できる。好ましくは、第２の回折格子の±１次回折光をそれぞれ異なる２分割フォトディテクタの分割線上に落射させる。このとき、第２の回折格子の回折方向と２分割フォトディテクタの分割線方向とは上面から見て垂直とし、各２分割フォトディテクタは第２の回折格子の０次光落射位置に対して逆側に配置される必要がある。
【００６３】
好ましくは、実施の形態１のレーザ光源装置において、各光検出器は回折方向と垂直方向の少なくとも１本の分割線で分割されている。第２の回折格子の±１次回折光は、それぞれ異なる光検出器の分割線上に落射する。各光検出器の出力を演算することで、レーザ光の波長を検出することを特徴とする。
【００６４】
上記の構成により、各光検出器、光学部品などの面内方向の位置ずれに関しては、各光検出器の出力を演算することによりオフセットがキャンセルされる。そのため、光検出器等の位置ずれの影響を低減できる。
【００６５】
好ましくは、実施の形態１のレーザ光源装置において、第２の回折格子は複数の領域に分割されている。各光検出器は、第２の回折格子の０次光落射位置に対し、点対称となるように設けられていることを特徴とする。
【００６６】
上記の構成により、第２の回折格子が光軸に対し垂直な面内で回転した場合でも、各光検出器の出力を演算することによりオフセットがキャンセルされる。これにより、第２の回折格子の回転ずれの影響を低減できる。
【００６７】
好ましくは、実施の形態１のレーザ光源装置において、光検出器の出力信号に基づく演算は、第２の回折格子の０次光落射位置に遠い側の素子出力の和と近い側の素子出力の和との差分で波長を検出する演算である。
【００６８】
上記の演算方法により、光検出器などの光学部品の面内方向の位置ずれ、回転ずれによる各光検出器の出力信号のオフセットを容易にキャンセルすることができる。
【００６９】
［実施の形態２］
図７は、この発明の実施の形態２によるレーザ光源装置１０Ｂの概略的な構成を示した図である。
【００７０】
図７を参照して、実施の形態２のレーザ光源装置１０Ｂは、レーザダイオード１と、コリメートレンズ２と、回折格子３と、ビームスプリッタ４と、光検出部１１と、集光用レンズ１５とを備える。このように、実施の形態２のレーザ光源装置１０Ｂは、集光用レンズ１５が付加された点において、実施の形態１のレーザ光源装置１０Ａと異なる。その他の構成は実施の形態１と同様なので、重複する部分の説明は原則として繰り返さない。光検出部１１は、回折格子５と、２分割フォトディテクタ８，９とを含む。
【００７１】
レーザダイオード１は、マルチモードのレーザ光（たとえば４０５ｎｍ程度）を発光する。コリメートレンズ２は、レーザダイオード１により発光されたレーザ光を平行光にする。回折格子３は、レーザダイオード１からレーザ光を受けて、所定の方向へ０次光を発生するとともに、波長ごとに異なる方向へ１次光を発生する。
【００７２】
ビームスプリッタ４は、回折格子３によって回折された０次光のうち、一部を光ビームＲＬとしてレーザ光源装置１０Ｂの外側に向けて反射し、他の一部を光ビームＴＬとして透過する。反射された光ビームＲＬは、たとえばホログラムの記録または再生に用いられる光源となる。透過した光ビームＴＬは、集光用レンズ１５に入射する。集光用レンズ１５の集光の曲率（パワー）は、２分割フォトディテクタ８，９が所望の検出感度を得られるように任意の曲率に設定可能である。
【００７３】
集光用レンズ１５は、回折格子３と回折格子５との間に設けられる。実施の形態２では、ビームスプリッタ４と回折格子５との間に設けられている。集光用レンズ１５は、光ビームＴＬを光検出部１１の回折格子５を介して２分割フォトディテクタ８，９の分割線上に集光する。回折格子５は、集光用レンズ１５を通過した光ビームＴＬを０次光０Ｌおよび±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌに回折する。±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌは、２分割フォトディテクタ８，９にそれぞれ落射する。
【００７４】
図８は、図７のレーザ光源装置１０Ｂにおける光検出部１１のより具体的な構成を示した上面図である。
【００７５】
図８を参照して、２分割フォトディテクタ８は、分割線上に集光された−１次回折光−１Ｌのスポット光８Ｓｆを受光する。２分割フォトディテクタ９は、分割線上に集光された＋１次回折光＋１Ｌのスポット光９Ｓｆを受光する。±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの回折方向と２分割フォトディテクタ８，９の分割線方向とは、実施の形態１の場合と同じく、上面から見て垂直となっている。
【００７６】
実施の形態１で説明したのと同様に、スポット光８Ｓｆ，９Ｓｆの落射位置変動ＳＰＨは、出力信号８ＳＡ，８ＳＢ，９ＳＡ，９ＳＢに基づいて、ＳＰＨ＝（８ＳＡ＋９ＳＡ）−（８ＳＢ＋９ＳＢ）の演算式により求められる。
【００７７】
ここで、図７のビームスプリッタ４を透過する光ビームＴＬの波長が変化すると、それに応じて回折格子５の±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの回折角度がわずかに変化する。その結果、スポット光８Ｓｆ，９Ｓｆの位置は、図８の矢印に示すように分割線に垂直な方向に各々変動し得る。
【００７８】
さらに、実施の形態２のレーザ光源装置１０Ｂでは、２分割フォトディテクタ８，９上に±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌが集光用レンズ１５によってそれぞれ集光されている。そのため、光ビームＴＬの波長変化によるスポット光８Ｓｆ，９Ｓｆの集光位置がわずかに変動しただけでも、スポット光８Ｓｆ，９Ｓｆの落射位置変動ＳＰＨは大きく変動することになる。この結果、光ビームＴＬの波長検出感度が向上する。
【００７９】
以上のように、実施の形態２によるレーザ光源装置は、実施の形態１での構成に加えて、第１の回折格子と第２の回折格子との間に集光レンズを具備している。各光検出器は少なくとも１本の回折方向と垂直方向の分割線で分割され、第２の回折格子の±１次回折光をそれぞれ異なる光検出器の分割線上に集光させている。各光検出器の出力を演算することで、レーザ光の波長を検出することを特徴とする。
【００８０】
上記の構成において、第２の回折格子の回折方向と２分割フォトディテクタの分割線方向とは垂直とし、各２分割フォトディテクタは第２の回折格子の０次光落射位置に対して逆側に配置されるのが望ましい。
【００８１】
上記の構成により、実施の形態１と同様に、２分割ディテクタなどの光学部品の面内方向の位置ずれの影響を低減できる。加えて、分割線上に±１次回折光を集光させることで、波長変動に対してフォトディテクタでの検出感度が非常に敏感になる。これにより、レーザ光源装置の波長検出感度がさらに向上する。
【００８２】
好ましくは、実施の形態２のレーザ光源装置において、光検出器の出力信号に基づく演算は、第２の回折格子の０次光落射位置に遠い側の素子出力の和と近い側の素子出力の和との差分で波長を検出する演算である。
【００８３】
上記の演算方法により、光検出器などの光学部品の面内方向の位置ずれ、回転ずれによる各光検出器の出力信号のオフセットを容易にキャンセルすることができる。
【００８４】
［実施の形態３］
図９は、この発明の実施の形態３によるレーザ光源装置１０Ｃの概略的な構成を示した図である。
【００８５】
図９を参照して、実施の形態３のレーザ光源装置１０Ｃは、レーザダイオード１と、コリメートレンズ２と、回折格子３と、ビームスプリッタ４と、光検出部１１Ｃとを備える。このように、実施の形態３のレーザ光源装置１０Ｃは、光検出部１１が光検出部１１Ｃに置き換えられた点で、実施の形態１のレーザ光源装置１０Ａと異なる。その他の構成は実施の形態１と同様なので、重複する部分の説明は原則として繰り返さない。光検出部１１Ｃは、回折格子５Ｃと、２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑとを含む。
【００８６】
レーザダイオード１は、マルチモードのレーザ光（たとえば４０５ｎｍ程度）を発光する。コリメートレンズ２は、レーザダイオード１により発光されたレーザ光を平行光にする。回折格子３は、レーザダイオード１からレーザ光を受けて、所定の方向へ０次光を発生するとともに、波長ごとに異なる方向へ１次光を発生する。
【００８７】
ビームスプリッタ４は、回折格子３によって回折された０次光のうち、一部を光ビームＲＬとしてレーザ光源装置１０Ｃの外側に向けて反射し、他の一部を光ビームＴＬとして透過する。反射された光ビームＲＬは、たとえばホログラムの記録または再生に用いられる光源となる。透過した光ビームＴＬは、光検出部１１Ｃの回折格子５Ｃに入射する。
【００８８】
回折格子５Ｃは、回折部が２つに分割されているため、光ビームＴＬを０次光０Ｌ、−１次回折光−１Ｌｐ，−１Ｌｑおよび＋１次回折光＋１Ｌｐ，＋１Ｌｑに回折する。さらに、回折格子５Ｃには、集光レンズ作用が付与されている。そのため、＋１次回折光＋１Ｌｐは、２分割フォトディテクタ９Ｐ上に集光されて落射する。同様に、＋１次回折光＋１Ｌｑは、２分割フォトディテクタ９Ｑ上に集光されて落射する。
【００８９】
図１０は、図９のレーザ光源装置１０Ｃにおける光検出部１１Ｃのより具体的な構成を示した上面図である。
【００９０】
図１０を参照して、回折格子５Ｃは、集光レンズ作用が付与されているとともに、２つに分割された回折部５２ａ，５２ｂを有する。回折格子５Ｃは、たとえば２分割ホログラムである。回折部５２ａは、光ビームＴＬを集光するとともに０次光０Ｌおよび±１次回折光＋１Ｌｐ，−１Ｌｐに回折する。回折部５２ｂは、光ビームＴＬを集光するとともに０次光０Ｌおよび±１次回折光＋１Ｌｑ，−１Ｌｑに回折する。
【００９１】
２分割フォトディテクタ９Ｐは、回折格子５Ｃの回折部５２ａによって回折された＋１次回折光＋１Ｌｐが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部９Ａｐ，９Ｂｐを有する。２分割フォトディテクタ９Ｑは、回折格子５Ｃの回折部５２ｂによって回折された＋１次回折光＋１Ｌｑが照射される位置に配置されており、２つに分割された受光部９Ａｑ，９Ｂｑを有する。＋１次回折光＋１Ｌｐ，＋１Ｌｑの回折方向と２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑの分割線方向とは、実施の形態１，２の場合とは異なり、上面から見てほぼ平行となっている。
【００９２】
２分割フォトディテクタ９Ｐは、分割線上に集光された＋１次回折光＋１Ｌｐのスポット光９Ｓｆｐを受光する。２分割フォトディテクタ９Ｑは、分割線上に集光された＋１次回折光＋１Ｌｑのスポット光９Ｓｆｑを受光する。ここで、２分割フォトディテクタ９Ｐの受光部９Ａｐ，９Ｂｐから出力される信号をそれぞれ出力信号９ＳＡｐ，９ＳＢｐと称する。同様に、２分割フォトディテクタ９Ｑの受光部９Ａｑ，９Ｂｑから出力される信号をそれぞれ出力信号９ＳＡｑ，９ＳＢｑと称する。
【００９３】
実施の形態３のレーザ光源装置１０Ｃでは、基準となる任意の波長において、２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑの差動出力がいずれも０となるように、回折格子５Ｃおよび２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑの位置が調整される。具体的には、２分割フォトディテクタ９Ｐの差動出力９ＳＡｐ−９ＳＢｐ＝０となる。同様に、２分割フォトディテクタ９Ｑの差動出力９ＳＡｑ−９ＳＢｑ＝０となる。
【００９４】
図１１は、光ビームＴＬが基準波長から変化した場合における２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑへの集光状態を示した図である。
【００９５】
図１１に示すように、光ビームが基準波長から変化した場合、２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑでは、以下に示すように、色収差によりスポット光９Ｓｆｐ，９Ｓｆｑの集光状態が基準波長時から変化する。
【００９６】
光ビームＴＬが基準波長から長くなった場合、２分割フォトディテクタ９Ｐでは、受光部９Ａｐにおいてスポット光が縮小し、受光部９Ｂｐにおいてスポット光が拡大する。一方、２分割フォトディテクタ９Ｑでは、受光部９Ａｑにおいてスポット光が縮小し、受光部９Ｂｑにおいてスポット光が拡大する。すなわち、スポット光９Ｓｆｐ，９Ｓｆｑはスポット光９ＳＬｐ，９ＳＬｑにそれぞれ変化する。この場合、９ＳＡｐ＜９ＳＢｐ，９ＳＡｑ＜９ＳＢｑとなる。
【００９７】
光ビームＴＬが基準波長から短くなった場合、２分割フォトディテクタ９Ｐでは、受光部９Ａｐにおいてスポット光が拡大し、受光部９Ｂｐにおいてスポット光が縮小する。一方、２分割フォトディテクタ９Ｑでは、受光部９Ａｑにおいてスポット光が拡大し、受光部９Ｂｑにおいてスポット光が縮小する。すなわち、スポット光９Ｓｆｐ，９Ｓｆｑはスポット光９ＳＳｐ，９ＳＳｑにそれぞれ変化する。この場合、９ＳＡｐ＞９ＳＢｐ，９ＳＡｑ＞９ＳＢｑとなる。
【００９８】
このとき、２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑでの集光状態変化ＳＰＣは、出力信号９ＳＡｐ，９ＳＢｐ，９ＳＡｑ，９ＳＢｑに基づいて、以下の演算式により求められる。集光状態変化ＳＰＣに基づいて、光ビームＴＬの波長変化を検出できる。
【００９９】
ＳＰＨ＝（９ＳＡｐ＋９ＳＡｑ）−（９ＳＢｐ＋９ＳＢｑ）
なお、光検出部１１Ｃにおいて、回折格子５Ｃが３つ以上に分割されていたとしても、２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑをそれに合わせて構成することは可能である。
【０１００】
以上のように、実施の形態３によるレーザ光源装置は、実施の形態１での構成に加えて、第２の回折格子は集光レンズ効果をもつ２分割ホログラムであり、それぞれの分割されたホログラムからの回折光は異なる２つの検出器上に集光することを特徴とする。また、回折方向と分割線方向とがほぼ平行となるようにしてもよい。
【０１０１】
上記の構成により、実施の形態１，２と同様に、各２分割フォトディテクタの出力を演算してオフセットをキャンセルすることで、２分割ディテクタなどの光学部品の面内方向の位置ずれの影響を低減できる。加えて、各光検出器を第２の回折格子の０次光落射位置に対し点対称となるよう配置する必要がなくなるので、各光検出器を自由に配置できる。
【０１０２】
好ましくは、実施の形態２のレーザ光源装置において、各光検出器は第２の回折格子の０次光落射位置に対して同じ側に配置することを特徴とする。これにより、レーザ光源の小型化が可能となる。
【０１０３】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ光源装置１０Ａの概略的な構成を示した図である。
【図２】図１のレーザ光源装置１０Ａにおける光検出部１１のより具体的な構成を示した上面図である。
【図３】２分割フォトディテクタ８，９から出力される信号を処理する構成の一例を示した図である。
【図４】図３において２分割フォトディテクタ８，９が位置ずれした場合の±１次回折光＋１Ｌ，−１Ｌの落射位置を示した図である。
【図５】回折格子５が回転する場合における光検出部１１のより具体的な構成を示した上面図である。
【図６】図１のレーザ光源装置１０Ａにおける光検出部１１の変形例である光検出部１１Ｍの構成を示した上面図である。
【図７】この発明の実施の形態２によるレーザ光源装置１０Ｂの概略的な構成を示した図である。
【図８】図７のレーザ光源装置１０Ｂにおける光検出部１１のより具体的な構成を示した上面図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるレーザ光源装置１０Ｃの概略的な構成を示した図である。
【図１０】図９のレーザ光源装置１０Ｃにおける光検出部１１Ｃのより具体的な構成を示した上面図である。
【図１１】光ビームＴＬが基準波長から変化した場合における２分割フォトディテクタ９Ｐ，９Ｑへの集光状態を示した図である。
【図１２】従来のレーザ光源装置１００の概略的な構成を示した図である。
【図１３】図１２のレーザ光源装置１００において回折格子１０３に入射するレーザ光の様子を示した図である。
【図１４】図１２のレーザ光源装置１００における２分割フォトディテクタ１１２の構成の一例を示した図である。
【図１５】レーザダイオード１０１の発振波長と回折格子１０３の角度との関係を示した図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  レーザダイオード、２  コリメートレンズ、３，５，５Ｃ，５Ｍ  回折格子、４  ビームスプリッタ、１１，１１Ｃ，１１Ｍ  光検出部、８，８ａ，８ｂ，９，９ａ，９ｂ，９Ｐ，９Ｑ  ２分割フォトディテクタ、１０Ａ〜１０Ｃ  レーザ光源装置、１１Ａ，１１Ｂ  加算器、１２  減算器、１５  集光用レンズ、１００  従来のレーザ光源装置、１０１  レーザダイオード、１０２  コリメートレンズ、１０３  回折格子、１１０  制御部、１１１  不完全ミラー、１１２  ２分割フォトディテクタ。
【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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