(57)【要約】【課題】モードホップのないシングルモードのレーザ光発振ができる小型の外部共振器型レーザ光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ光源と、レーザ光源からの出射光の一部をレーザ光源に戻しレーザ光源との間で特定波長の発振を起こさせてレーザ光源からの出射光を単一波長に近づけると共に出射光の他の部分を反射させる第１の光学素子と、第１の光学素子からの反射光から干渉縞を形成する第２の光学素子と、第２の光学素子から導かれた光に含まれる複数の波長の中から主となる波長を検出すると共に複数の波長のばらつき具合を検出する光検出手段と、第１の光学素子からの反射光の一部を第２の光学素子に透過させると共に反射光の他の部分を記録媒体に反射させる部分反射ミラーと、第１の光学素子、第２の光学素子及び部分反射ミラーを一体として有する光学部材と、光学部材の位置を変化させる駆動手段と、を具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光源からの出射光の一部を前記レーザ光源に戻し前記レーザ光源との間で特定波長の発振を起こさせて前記レーザ光源からの出射光を単一波長に近づけると共に前記出射光の他の部分を反射させる第１の光学素子と、
前記第１の光学素子からの反射光から干渉縞を形成する第２の光学素子と、
前記第２の光学素子から導かれた光に含まれる複数の波長の中から主となる波長を検出すると共に前記複数の波長のばらつき具合を検出する光検出手段と、
前記第１の光学素子からの反射光の一部を前記第２の光学素子に透過させると共に前記反射光の他の部分を記録媒体に反射させる部分反射ミラーと、
前記第１の光学素子、前記第２の光学素子及び前記部分反射ミラーを一体として有する光学部材と、
前記光学部材の位置を変化させる駆動手段と、
を具備することを特徴とする外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２】
前記第１の光学素子の前記レーザ光源からの出射光を反射させる面と、前記部分反射ミラーの前記第１の光学素子からの反射光の一部を前記記録媒体に反射させる面と、が互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項３】
前記第２の光学素子は少なくとも２つの反射面を有し、
前記第１の光学素子の前記レーザ光源からの出射光を反射させる面と、前記部分反射ミラーの前記第１の光学素子からの反射光の一部を前記記録媒体に反射させる面と、前記第２の光学素子の前記すくなくとも２つの面と、が互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項４】
前記光学部材は、ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項５】
前記第１の光学素子は、Ｌｉｔｔｒｏｗ配置のブレーズ化回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項６】
前記第２の光学素子は、前記部分反射ミラーからの入射光を少なくとも２つの光に分け、前記２つの光のそれぞれの光の進路における光学的距離を変えることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項７】
前記第２の光学素子は、前記部分反射ミラーからの入射光を少なくとも２つの光に分け、且つ前記２つの光の少なくとも一方の光に他方の光とは異なる波面収差を与えることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項８】
前記第２の光学素子は、
前記部分反射ミラーを透過した光に波面収差を与える素子と、前記部分反射ミラーを透過した光を少なくとも２つに分ける回折格子と、を有することを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項９】
前記第２の光学素子は、対称型もしくは非対称型Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系を構成する一連の光学素子を有することを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１０】
前記第２の光学素子は、対称型もしくは非対称型Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、前記Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系は少なくとも２つの透明部材を有し、前記２つの透明部材は屈折率が異なることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１１】
前記第２の光学素子は、対称型もしくは非対称型Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、前記Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系は２つの干渉経路を有し、前記２つの干渉経路のうちどちらか一方に波面収差を与える部材を有することを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１２】
前記第２の光学素子は、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系を構成する一連の光学素子を有することを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１３】
前記第２の光学素子は、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、且つ前記Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系は少なくとも２つの透明部材を有し、前記２つの透明部材は屈折率が異なることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１４】
前記第２の光学素子は、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、前記Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系は２つの干渉経路を有し、前記２つの干渉経路のうちどちらか一方に波面収差を与える部材を有することを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１５】
前記駆動手段は、前記レーザ光源から前記第１の光学素子に向かうレーザ光の光軸と、前記第１の光学素子を含む面とで形成される角度が変化するように前記光学部材を回転させることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１６】
前記駆動手段は、所定の回転軸を中心に前記光学部材を回転させると共に前記レーザ光源から前記第１の光学素子に向かう入射光の光軸を平行移動させることにより、前記レーザ光源と前記第１の光学素子との間で前記特定波長を発振させることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１７】
前記レーザ光源から発せられるレーザ光を整形する第３の光学素子を有し、
前記第３の光学素子と前記第１の光学素子との間に、前記レーザ光源と前記第１の光学素子とで形成される外部共振器長に対する光学的距離を調整する電気光学素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１８】
前記レーザ光源から発せられるレーザ光を整形する第３の光学素子を有し、
前記第３の光学素子と前記第１の光学素子との間に、前記レーザ光源と前記第１の光学素子とで形成される外部共振器長に対する光学的距離を調整する液晶素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項１９】
前記駆動手段は、電磁力による吸引力又は反発力を利用する電磁アクチュエータを用いたことを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２０】
前記レーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２１】
前記外部共振器長の光学的距離をＬEXT、前記半導体レーザの波長帯域をＷLD、レーザ光の波長をλとするとき、ＬEXTがＷLDに対して、
【数１】
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を満たすような範囲であることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２２】
前記第３の光学素子は、前記レーザ光源から入射する光を円形に整形するビーム整形機能と、前記レーザ光源から入射する光を平行光にするコリメーション機能とを持つことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２３】
前記第３の光学素子は、前記レーザ光源から入射する光をフラットトップの強度分布に整形するビーム整形機能と、前記レーザ光源から入射する光を平行光にするコリメーション機能を持つことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２４】
前記レーザ光源の共振器、または前記レーザ光源と前記第１の光学素子とで形成される外部共振器の周囲温度の変動に応じて変化する共振器長を補正する温度補償手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２５】
前記光学部材の外部から進入する光を遮断するλ／４波長板を備え、
前記λ／４波長板は、
前記部分反射ミラーと前記記録媒体との間に位置し、且つ前記光学部材の壁面に接触するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２６】
前記光検出手段は、複数の電気的に独立な領域に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２７】
前記光検出手段は、複数の領域で検出される信号から受光した光パターンのコントラストを計算することにより、Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎを算出することを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【請求項２８】
前記光検出手段は、複数の領域で検出される和信号の履歴を学習することを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型レーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源、特にホログラム記録、および再生に用いられる外部共振器型レーザ光源装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を用いて大量の情報を記録する技術の一つとして、ホログラム記録技術が開発されている。ホログラム記録は情報を干渉縞に変換することによって媒質中に三次元的に記録することができるので、１テラバイトもの大量の記録容量を達成できる可能性があり、Ｂｌｕ−ｒａｙ光ディスク記録装置に次ぐ次世代の記録技術として期待されている。記録された干渉縞は再生光によって再び元の情報となり、いわゆる情報の再生も可能である。
【０００３】
ここで、空間変調を用いたホログラム記録の簡単な原理を説明する。記録時には、まず、情報をＳＬＭ（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等を用いて空間変調した光に変換する。これを物体光と呼ぶ。次に、この物体光とは別経路を経て参照光とよばれる光を記録媒質中において物体光と干渉させる。それにより一般的には記録媒質の屈折率分布として記録媒質の中に干渉縞が形成され、情報が記録される。再生においては、この記録媒質中の干渉縞に元の参照光を当てて回折した光が像として空間変調されたデータを再現する。
【０００４】
ところで、ホログラム記録は前述のように干渉縞を用いる技術であるので、それをつくる光源の可干渉性がホログラム記録において重要であることは言うまでもない。物体光と参照光は一般には別であってもよいが、コンパクト性や光学系のアライメントからの要請で一つの光源が好ましい。この場合、記録によって形成される干渉縞のコントラストは光源それ自身の可干渉性によって決定される。干渉縞のコントラストは記録装置の感度を決定付ける大切なファクターの一つである。コントラストが悪いということは、換言すれば情報が電気信号に変わったときのＳ／Ｎ比が悪いことであるので、システム設計が難しくなり、最終的には汎用性を失うか、コストの高い装置となる。
【０００５】
従って、ホログラム記録においては可干渉性、すなわちコヒーレンスのよい光源が不可欠である。光がコヒーレントであることは、別の表現をすると、波長が単一である、もしくは周波数帯域が狭いということと同一である。つまりホログラム記録には波長ができるだけ単一であることが要求される。単一の波長で発振する状態をシングルモードとよぶのに対して、複数の発振波長が存在する状態をマルチモードとよぶ。従って、ホログラム記録においてはシングルモードのレーザが必要である。
【０００６】
さらに、ホログラム記録においては、記録時と再生時の周囲温度の違いにより記録メディアに記録される干渉縞の干渉条件が異なることがあるため、記録時と同じ波長で再生しようとしても、再生が不可能な場合がある。そのような場合光源の波長を調節して再生を行う必要がある。結果的に、ホログラム記録には波長可変なシングルモードレーザが必要であるということができる。
【０００７】
通常、コヒーレントな光源といえばレーザが挙げられるが、レーザにはガスレーザ、液体レーザ、固体レーザ、半導体レーザ等がある。ガスレーザ、固体レーザは一般に共振器が大きく、良好なシングルモードを生成することができるので、ホログラム記録には適している。しかし、装置が大きく、価格も高いので、大量生産を目的としたホログラム記録装置には全く不向きである。一方で、半導体レーザ、いわゆるダイオードレーザは共振器が著しく小さく安価であるので、大量生産に向いているが、マルチモードの発振を行うので、そのままではホログラム記録装置に使用することができない。
【０００８】
そこで、従来、ダイオードレーザに外部共振器をつけてシングルモードを発生させ、尚かつ発振波長を可変にすることができる、いわゆる波長可変型外部共振器ダイオードレーザが開発された。例えば、（特許文献１）、（特許文献２）、（非特許文献１）に第１の従来の技術が開示されている。
【０００９】
これらの文献にはダイオードレーザと回折格子を結合させて、シングルモードを発生させる技術、および、回折格子と外部共振器ミラーを併用することにより波長を連続的に変化させる技術が開示されている。この第１の従来の技術においては、以下のようにレーザ発振が行われる。ブレーズ回折格子を外部共振器ミラーとしてダイオードチップの外側でチップのフォアファセット側に配置する。ブレーズ回折格子はダイオードレーザから入射するある波長帯域をもったビームを受け、予め決められた回折効率で決められた次数の回折光を回折格子の特性によって決まる入射ビームよりも狭いある波長帯域の光を選択的に放射する。Ｌｉｔｔｍａｎ型やＬｉｔｔｒｏｗ型のような特定の配置により、回折光は再びダイオードレーザへフィードバックする。このようにして、回折格子とダイオードレーザのリアファセットとの間で新たな外部共振経路が作られ、決められた回折光による選択的なレーザ発振を行う。この外部共振器における共振波長と、ダイオードレーザの共振器における共振波長と、ブレーズ回折格子によって選択された回折光の波長が適合したとき、その波長におけるシングルモード発振が実現する。完全に１００％ではないブレーズ回折格子の回折効率を利用することにより、回折格子はアウトプットカップラーの役割を果たし、回折光は０次光と結合して外部共振器の外に放出される。このようにして、通常マルチモードであるダイオードレーザからシングルモードのレーザ発振が得られる。
【００１０】
さらに、ブレーズ回折格子を回転機構により回転することで入射ビームの角度を調整することができるので、ダイオードレーザの波長帯域の範囲内での任意の波長を選択することが可能となる。外部共振器は通常ダイオードレーザの共振器長よりもかなり大きいので、新たな外部共振経路を設けることは、ダイオードレーザの発振モードよりももっと細かい発振モードをつくることになる。ブレーズ回折格子の角度調整により自由に選択された波長の光は外部共振器によって細かい波長間隔で配置する発振モードのいずれかのモードで発振することができる。このようにして、マルチモードレーザから波長可変のシングルモードレーザを得ることができる。
【特許文献１】米国特許第５，８６７，５１２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１６３１７２号明細書
【特許文献３】特開２００６−１１４１８３号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／０１１４５３５号明細書
【非特許文献１】“Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｗｉｔｈ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ”  ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｓａｃｈｅｒ−ｌａｓｅｒ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｄｏｃｓ／Ｄｌｓｐｅｃ．ｐｄｆ
【非特許文献２】”外部共振器型波長可変ダイオードレーザ・システムの構築”，  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｓａｋａｃ．ａｃ．ｊｐ／ｅｒｃ／ｓｃｉｅｎｃｅ／３８／ｔｏｍｉｏｋａ．ｐｄｆ
【非特許文献３】“Ｔｕｎａｂｌｅ  ｂｌｕｅ  ｌａｓｅｒ  ｆｏｒ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｄａｔａ  ｓｔｏｒａｇｅ”，  ２００６年ＩＳＯＭ予稿集
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記従来の技術では、以下の問題があった。即ち、ブレーズ回折格子を回転させると、一般に外部共振器長が変化し、共振器内に存在する光の定在波の節の数が変化する、いわゆるモードホップとよばれる現象が起き、これが連続的な発振波長の変調を妨げる。モードホップは共振器内における光の定在波が一つに定まりきれず、二つの異なる節数のモードが混在する状態である。この状態においては光は自己相関性を失い、可干渉性が低下するので、ホログラム記録および再生においてコントラストの高い干渉縞を生成することができなくなるという問題があった。
【００１２】
この従来の技術においては、ブレーズ回折格子の回転と外部共振器長の調節を同時にシンクロナイズして行うことにより、モードホップを抑制している。しかしながら、回折格子の回転と外部共振器長の調節は手動で行うような用途にはあまり問題ではないが、記録装置の中で自動的な調整が必要なシステムにおいては現実的ではない。また、この従来の技術ではレーザの発熱によって起こる温度変化に対応することができない。レーザ自身や周囲温度が変化すると、それだけでダイオードチップにおける共振器長、外部共振器長が変化し、定在波の節数が変化することによるモードホップが発生してしまう。さらに、この従来の技術では全体の大きさが比較的小さいものの、依然、掌程度の大きさで、大量生産に向くサイズまで小さくはならない、また装置一台当たりのコストも大量生産に適した安価な価格にならないという問題があった。
【００１３】
次に、（非特許文献２）には第２の従来の技術が開示されている。
【００１４】
この第２の従来の技術においては、前記の例と同様のＬｉｔｔｍａｎ型配置において、ブレーズ回折格子の回転角と位置を調整して波長チューニングを行う。この従来の技術においては、周囲温度が一定であれば、波長チューニングのためにブレーズ回折格子を回転させても、外部共振器における定在波の節数が常に一定である特徴を有する。しかしながら、周囲温度の変化による外部共振器長の安定化のために温度センサーとヒーターを設置して温度制御を行い、装置を断熱環境に入れた状態で安定な発振を実現している。このような実験室レベルの処置が必要では安価な製品としての実用に全く供しない。また、Ｌｉｔｔｍａｎ型は光路を簡潔にできないので、小型の装置にするのに向いていないという問題があった。
【００１５】
次に、（特許文献３）、（特許文献４）、（非特許文献３）には第３の従来の技術が開示されている。
【００１６】
これらの従来の技術はＬｉｔｔｒｏｗ配置による外部共振器と、ブレーズ回折格子、光学くさびと検知器のセットによるモードホップセンサー、プリズムと検知器のセットによる波長モニタから構成される。ブレーズ回折格子の回転角を調整して波長チューニングを行い、波長多重方式によるホログラム記録再生装置へ応用している。主な特徴はＬｉｔｔｒｏｗ配置により光学系が簡易的になっている点と、温度変化によるモードホップをダイオードの電流調節によるモードロックで解決しようとしている点である。波長チューニングの際、回折格子の位置の調節を行わないので、外部共振器長は回折格子の回転とともに変化し、本質的にモードホップが発生する。波長チューニングの際には記録、再生を行わないことでこの問題点を避けている。しかしながら、波長チューニング時においてもモードロックのモニタを行う必要があり、本質的にモードホップが起こらないことが好ましい。また、この従来の技術では可干渉性を数値化するモードホップモニタを設け、ダイオード電流によるジュール熱で共振器長を制御することにより、温度変化による共振器長の変化を原因とするモードホップを抑制する構成となっている。しかしながら、この従来の技術においてはダイオードレーザの電流制御だけですべての誤差要因に対する対策を行うところに信頼性の問題がある。また、装置も従来に比較して小さいものの、およそ５０ｍｍ平方の大きさであり、大量生産に向くような大きさまで小さくならないという問題点があった。また、モードホップセンサーや、波長センサーなどが装置を大きく、複雑にしているという問題点があった。また、ダイオードの発光方向とレーザの出射方向が逆であり、使いにくいという問題点があった。さらにこの方法によるモードホップ抑制方法では、電流調整後モードホップを回避したことはモードホップセンサーで検知できるが、どのモードで発振しているかを知ることができないという問題点があった。
【００１７】
ここで、本発明がどのようにしてモードホップを解決して安定なシングルモードを実現するかを開示するために、第３の従来の技術について図１２の従来の外部共振器型レーザ光源装置を示す図を用いて説明し、その例をもとにモードホップの仕組みについて詳細に説明する。半導体レーザ１からは所定の発散角でマルチモード発振のレーザ光が放射される。前記のように半導体レーザ１は本質的にマルチモードで発振している。コリメータ２１は発散するレーザ光をコリメート光１９に変換する。コリメート光１９は反射型ブレーズ回折格子４に所定の角度で入射し、入射角と同じ角度で反対側に１次（もしくは設計されたｍ次光）が反射し、コリメータ２１を通って半導体レーザ１へ帰還する。ブレーズ回折格子はＬｉｔｔｒｏｗ型であり、入射角θInとｍ次回折光の回折角θdifが等しくθIn＝θdif＝θであり、次の関係を満たす。
【００１８】
【数１】
2008186923.tif 000003
【００１９】
ここで、ｎEXTは外部共振器内の媒質の屈折率である。この１次回折光は経路Ｊ−Ｋを外部共振器として発振する。ブレーズ回折格子４には三つの役割がある。第１の役割は前記のように外部共振経路を作ること。第２の役割はこのレーザ発振装置において波長選択を行うことである。外部共振器型レーザ発振器はレーザ源の共振器と、外部共振器と、少なくとも二つの共振経路をもつ。最終的に出力される発振はこの二つの発振波長、即ちレーザ源の発振波長λLDと外部共振器の発振波長λEXTとブレーズ回折格子４によって選択された波長λGが一致した場合に起こる。これが最終的な外部共振器型レーザ発振器が発振を起こす条件である。
【００２０】
ブレーズ回折格子４は１次回折光を優先的に反射するように設計されるのが通常であるが、外部共振器に利用される場合、故意に１次回折の回折効率がある程度低くなるように設計される。これは外部共振経路で発振した光を０次光と結合させて共振器外に出力するためである。即ち、ブレーズ回折格子４は第３の役割として、アウトプットカップラーの役割を果たす。このようにして、増幅光と結合した０次光は経路Ｋ−Ｌを通って部分反射ミラー２７に進む。部分反射ミラー２７では一部が透過して、光学くさび２４を通って波長検知センサー２２へ入射する。光学くさび２４はレーザビームを楕円形から円形に変換する。波長検知センサー２２は２分割されており、ビームとセンサーの相対位置を知ることができるように差分演算が行われる。これにより、ビームの偏角を知ることができ、ブレーズ回折格子４がどの角度に設定されて、どの波長帯域が選択されているかを計測することができる。実際には、ブレーズ回折格子４はモーター２５等の回転機構により回転されるので、モーター２５のパルスカウントを計測することで角度をモニタすることは容易にできる。また、前記の通り、１次回折光は波長帯域を持っており、その帯域の中で、どのモードに選択されたかをこの波長検知センサー２２で知ることはできない。部分反射ミラー２７を反射したレーザビームは、さらに部分反射ミラー２６に進む。そこでは一部の光が透過し、モードホップセンサー２３に入射する。モードホップセンサー２３は複数の分割領域からなり、干渉縞のビジビリティ、即ち干渉縞のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を測定することによりコヒーレンスを判断する。
【００２１】
以下にモードの確定、モードホッピングの仕組みについて説明する。レーザ源の発振波長λLDと外部共振器の発振波長λEXTとブレーズ回折格子によって選択された波長λGは以下に述べるように帯域を持っており、その帯域が重なる波長領域において発振条件が満たされる波長が離散的に複数存在する。それがモードホップの原因である。
【００２２】
図１３は、従来の外部共振器型レーザ光源装置における発振モードを示す図であり、第３の従来の技術における発振モードの様子を示す。横軸は波長で、縦軸は光のパワーを示す。縦軸はそれぞれの曲線における任意単位でのレーザ強度を表しており、それぞれの曲線同士の相対的な大きさに意味はない。単に図を見やすくするために上下にずらして描かれている。回折格子で回折される光は波長λに対して、
【００２３】
【数２】
2008186923.tif 000004
【００２４】
で決まる分解能を持つ。ここで、｜ｍ｜、Ｎ、ｗは、それぞれ回折次数、単位長さ当たりの格子数、ビーム径（円と仮定）である。この幅が回折光の波長帯域である。この従来の技術においては０．４０７μｍの青紫レーザに対して３６００線／ｍｍ、即ち周期０．２８μｍの回折格子を用いているので、１次回折光と１ｍｍのビーム径を仮定すると、ΔλG ＝１１３ｐｍ  （ｐｍは１０-12ｍ、ピコメートル）である。図１３における曲線Ａは前記の仕様におけるブレーズ回折格子を用いた場合の波長帯域を示している。
【００２５】
一方、半導体レーザにおける発振条件は、半導体レーザの共振器内屈折率ｎLD、および、ある決められた共振器長ＬLDに対して、
【００２６】
【数３】
2008186923.tif 000005
【００２７】
を満たすような整数ｋが存在することである。整数ｋは共振器内に定在する定在波の節の数を表し、このような整数ｋが定まることを発振モードが定まるという。同じ共振器長ＬLDに対して異なる波長が異なる節数で発振を起こすことができる。節の数がｋで発振する場合の波長λkと節の数がｋ＋１で発振する場合の波長λk+1の差をモード間隔とよび、
【００２８】
【数４】
2008186923.tif 000006
【００２９】
で定義される。青色レーザの共振器内の屈折率を３．３、共振器長を０．６ｍｍと想定すると、（特許文献３）によれば、モード間隔はΔλLD ＝４０ｐｍである。１つのモードの波長帯域は半導体レーザの特性で決まり、およそ１０ｐｍである。これは例えば青紫色レーザにおいてはＧａＩｎＮのバンド構造によって決まる。図１３における曲線Ｂは半導体レーザの複数の発振モードを示しており、それぞれのモードが１０ｐｍの波長帯域をもつことを示している。
【００３０】
同様に外部共振器における発振条件は、外部共振器のある決められた外部共振器長に対する光学的距離ＬEXTに対して、
【００３１】
【数５】
2008186923.tif 000007
【００３２】
を満たすような整数ｋEXTが存在することである。モード間隔は、
【００３３】
【数６】
2008186923.tif 000008
【００３４】
で定義される。（特許文献３）から、媒質は空気であるので、ｎEXT ＝１であり、共振器長がおよそ１５ｍｍであると想定すると、モード間隔はΔλEXT＝５ｐｍである。これを模式的に示したのが図１３のＣである。外部共振器のモードは媒質の分散がなければ図に示すように殆ど帯域がない。
【００３５】
それぞれの帯域に対応する曲線の包含関係に注意すると、最終的な発振条件が理解できる。最終的な発振は前記の通り、全ての波長帯域のピークがおよそ一致するときに起きる。この図より、第１の特徴として、回折格子の波長帯域は他の帯域と比べて大きいので、発振条件を満たすモードは一つではないことが分かる。第２の特徴として、各共振器モード（ＢおよびＣ）が離散的であることが分かる。この２つの特徴によって、複数の離散的な許されるモードが存在することが分かる。そしてその許されるモードの間を発振が遷移することをモードホップとよぶ。時間的には許される複数のモードスペクトルを持つ平均的な光として観察される。モードホップが起きるとレーザ光の自己相関性は失われ、可干渉性が低下するため、干渉縞のビジビリティが低下する。
【００３６】
図１３のような状態においては回折格子の選択波長と一致するλGにおけるモードＳにおいて全てのピークが一致しているので、ここにモードが確定する。もしも、この状態で何の撹乱もなければ、レーザは永久にこの確定したモードで発振し続ける。しかし、何かの外部要因によって、ピークがずれたときには他のモードへ遷移する場合がある。
【００３７】
図１４、図１５は、従来の外部共振器型レーザ光源装置における発振モードを示す図であり、半導体レーザの温度が変化して、半導体レーザ内共振器長が変化した場合のモードホップの状態を示した図である。（外部共振器長は不変と仮定）半導体レーザの共振器長が熱によって連続的に変化したとき、モード状態は、
【００３８】
【数７】
2008186923.tif 000009
【００３９】
に表されるように節の数を同じくしたまま（ｋLDのまま）、連続的に発振波長を変えていく。しかし許されるモードは外部共振器のモードと一致する必要があるので、外部共振器のモードはｋEXTからｋEXT＋１、ｋEXT＋２．．．へとモードホップする。この状態が図１４に示されている。ところが、ｋEXT＋８まで共振器長が大きくなると、半導体レーザのモードがｋLD からｋLD−１へ下がる。これはｋLD−１のモードにおける波長の方が回折格子の帯域の最大値に近いからである。この様子が図１５に示されている。当然、外部共振器のモードもｋEXT＋７からｋEXTへ戻る。これは半導体レーザのモードホップである。このように、半導体レーザの共振器長が変化すると、外部共振器のモードホップと半導体レーザの共振器のモードホップを周期的に繰り返す。
【００４０】
図１６は、従来の外部共振器型レーザ光源装置における発振モードを示す図であり、半導体レーザの共振器長が温度の関数として変わる場合の、温度と発振波長の関係を示した図である。前記の通り、図中Ｍ1はシングルモード状態、Ｍ2は外部共振器モードにおける２つのモードをとっているマルチモード状態、Ｍ4は半導体レーザ共振器モードにおける２つのモードと外部共振器モードにおける２つのモード、４つのモードがすべて発振している、マルチモード状態である。同様のモードホッピングが外部共振器長の変化においても現れる。温度変化が生じれば外部共振器においても共振器長が変化するので、前記と同様のことが起こるが、この従来の技術においては、ブレーズ回折格子を回転させる際にも外部共振器長が変わる。従って、波長をチューニングするためにブレーズ回折格子を回転させると必然的に外部共振器によるモードホップが発生する。
【００４１】
ところで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、モードホップのないシングルモードのレーザ光発振を得ることのでき、大量生産できる程度に小型で、安価で、精度のよい波長可変の外部共振器型レーザ光源装置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】
【００４２】
本発明は、レーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光源からの出射光の一部をレーザ光源に戻しレーザ光源との間で特定波長の発振を起こさせてレーザ光源からの出射光を単一波長に近づけると共に出射光の他の部分を反射させる第１の光学素子と、第１の光学素子からの反射光から干渉縞を形成する第２の光学素子と、第２の光学素子から導かれた光に含まれる複数の波長の中から主となる波長を検出すると共に前記複数の波長のばらつき具合を検出する光検出手段と、第１の光学素子からの反射光の一部を第２の光学素子に透過させると共に反射光の他の部分を記録媒体に反射させる部分反射ミラーと、第１の光学素子、第２の光学素子及び部分反射ミラーを一体として有する光学部材と、光学部材の位置を変化させる駆動手段と、を具備することを特徴とする外部共振器型レーザ光源装置である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明は上記構成により、第１の光学素子からの反射光の一部を第２の光学素子に透過させると共に反射光の他の部分を記録媒体に反射させる部分反射ミラーを第１の光学素子と第２の光学素子との間に介在させて一体の光学部材を構成することにより、レーザ光源との間で特定波長の発振を起こさせてレーザ光源から出射される光の波長を単一波長に近づけるという第１の光学素子の機能を維持しつつ、第２の光学素子から導かれた光に含まれる複数の波長の中から主となる波長を検出すると共に複数の波長のばらつき具合を検出する光検出手段を光学部材の外部に配置し、第１の光学素子と第２の光学素子との間から記録媒体に反射させる反射光を抽出するので、ホログラム記録に要求される特殊な機能を損なうことなく、外部共振器型レーザ光源装置の小型化を実現できる。また、主要な部品である第１の光学素子と第２の光学素子と部分反射ミラーを一体の部材で構成することにより、光学素子同士の相対位置のばらつきを低減でき、非常に小さな形に作製することができるので、精度がよく、安価な外部共振器型レーザ光源装置を提供することができる。
【００４４】
そのため、モードホップのないシングルモードのレーザ光発振を得ることのでき、大量生産できる程度に小型で、安価で、精度のよい波長可変の外部共振器型レーザ光源装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
請求項１記載の発明は、レーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光源からの出射光の一部をレーザ光源に戻しレーザ光源との間で特定波長の発振を起こさせてレーザ光源からの出射光を単一波長に近づけると共に出射光の他の部分を反射させる第１の光学素子と、第１の光学素子からの反射光から干渉縞を形成する第２の光学素子と、第２の光学素子から導かれた光に含まれる複数の波長の中から主となる波長を検出すると共に前記複数の波長のばらつき具合を検出する光検出手段と、第１の光学素子からの反射光の一部を第２の光学素子に透過させると共に反射光の他の部分を記録媒体に反射させる部分反射ミラーと、第１の光学素子、第２の光学素子及び部分反射ミラーを一体として有する光学部材と、光学部材の位置を変化させる駆動手段と、を具備することを特徴とするものである。これにより、第１の光学素子からの反射光の一部を第２の光学素子に透過させると共に反射光の他の部分を記録媒体に反射させる部分反射ミラーを第１の光学素子と第２の光学素子との間に介在させて一体の光学部材を構成することにより、レーザ光源との間で特定波長の発振を起こさせてレーザ光源から出射される光の波長を単一波長に近づけるという第１の光学素子の機能を維持しつつ、第２の光学素子から導かれた光に含まれる複数の波長の中から主となる波長を検出すると共に複数の波長のばらつき具合を検出する光検出手段を光学部材の外部に配置し、第１の光学素子と第２の光学素子との間から記録媒体に反射させる反射光を抽出するので、ホログラム記録に要求される特殊な機能を損なうことなく、外部共振器型レーザ光源装置の小型化を実現できる。また、主要な部品である第１の光学素子と第２の光学素子と部分反射ミラーを一体の部材で構成することにより、光学素子同士の相対位置のばらつきを低減でき、非常に小さな形に作製することができるので、精度がよく、安価な外部共振器型レーザ光源装置を提供することができる。
【００４６】
請求項２記載の発明は、第１の光学素子のレーザ光源からの出射光を反射させる面と、部分反射ミラーの第１の光学素子からの反射光の一部を記録媒体に反射させる面と、が互いに平行であることを特徴とするものである。これにより、光学部材を作製するためにウェハーを単純に重ねて接着するラミネート工法を用いることができるので、非常に安価な装置を作製することが可能である。
【００４７】
請求項３記載の発明は、第２の光学素子は少なくとも２つの反射面を有し、第１の光学素子のレーザ光源からの出射光を反射させる面と、部分反射ミラーの第１の光学素子からの反射光の一部を記録媒体に反射させる面と、第２の光学素子のすくなくとも２つの面と、が互いに平行であることを特徴とするものである。これにより、光学部材を作製するためにウェハーを単純に重ねて接着するラミネート工法を用いることができるので、非常に安価な装置を作製することが可能である。
【００４８】
請求項４記載の発明は、光学部材がガラスであることを特徴とするものである。これにより、光学部材の青色や紫色のレーザに対する耐性を向上させるので、短波長による高密度記録における利用が可能となる。
【００４９】
請求項５記載の発明は、第１の光学素子が、Ｌｉｔｔｒｏｗ配置のブレーズ化回折格子であることを特徴とするものである。これにより、光学部材をプリズム化できるので、光学経路を簡便にすることができ、全体のサイズを小さくすることができる。
【００５０】
請求項６記載の発明は、第２の光学素子が、部分反射ミラーからの入射光を少なくとも２つの光に分け、２つの光のそれぞれの光の進路における光学的距離を変えることを特徴とするものである。これにより、本装置で生成されたレーザ光において、ビーム径全面に渡る均一な位相差によって発生する干渉パターンを得ることができるので、コヒーレンスを測定することが可能になる。
【００５１】
請求項７記載の発明は、第２の光学素子が、部分反射ミラーからの入射光を少なくとも２つの光に分け、その２つの光の少なくとも一方の光に他方の光とは異なる波面収差を与えることを特徴とするものである。これにより、本装置で生成されたレーザ光において、単純な構成でビーム径内の位相差分布によって発生する干渉パターンを得ることができるので、コヒーレンスを測定することが可能になる。
【００５２】
請求項８記載の発明は、第２の光学素子が、部分反射ミラーを透過した光に波面収差を与える素子と、部分反射ミラーを透過した光を少なくとも２つに分ける回折格子と、を有することを特徴とするものである。これにより、本装置で生成されたレーザ光において、単純な構成で、ビーム径内の位相差分布によって発生する干渉パターンを得ることができるので、コヒーレンスを測定することが可能である。また、波面収差を与える素子の収差をあらかじめ設計することで、干渉パターンを任意に設定できるため、光検出手段におけるセンサーパターンの配置とのアライメントが容易になる。
【００５３】
請求項９記載の発明は、第２の光学素子が、対称型もしくは非対称型Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系を構成する一連の光学素子を有することを特徴とするものである。これにより、容易に干渉パターンを得ることができ、コヒーレンスを測定することが可能である。また、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系はウェハーを単純に積層して加工するラミネート工法によって作られる光学部材によって容易に実現することができ、非常に安価な装置を作製することが可能である。
【００５４】
請求項１０記載の発明は、第２の光学素子が、対称型もしくは非対称型Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系は少なくとも２つの透明部材を有し、２つの透明部材は屈折率が異なることを特徴とするものである。これにより、本装置で生成されたレーザ光において、ビーム径全面に渡る均一な位相差によって発生する干渉パターンを得ることができるので、コヒーレンスを測定することが可能である。また、単に用いる材質の屈折率を変えて積層することにより、定まった方向に干渉パターンを生じさせるので、光検出手段におけるセンサーパターンの配置とのアライメントが容易である。
【００５５】
請求項１１記載の発明は、第２の光学素子が、対称型もしくは非対称型Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉光学系は２つの干渉経路を有し、その２つの干渉経路のうちどちらか一方に波面収差を与える部材を有することを特徴とするものである。これにより、本装置で生成されたレーザ光において、ビーム径内の位相差分布によって発生する干渉パターンを得ることができるので、コヒーレンスを測定することが可能である。また、波面収差を与える素子の収差をあらかじめ設計することで、干渉パターンを任意に設定できるため、光検出手段におけるセンサーパターンの配置とのアライメントが容易である。
【００５６】
請求項１２記載の発明は、第２の光学素子が、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系を構成する一連の光学素子を有することを特徴とするものである。これにより、容易に干渉パターンを得ることができ、コヒーレンスを測定することが可能である。また、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系はウェハーを単純に積層して加工を施すラミネート工法によって作られる前記一体の透明部材によって容易に実現することができ、非常に安価な装置を作製することが可能である。
【００５７】
請求項１３記載の発明は、第２の光学素子が、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、且つＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系は少なくとも２つの透明部材を有し、その２つの透明部材は屈折率が異なることを特徴とするものである。これにより、本装置で生成されたレーザ光において、ビーム径全面に渡る均一な位相差によって発生する干渉パターンを得ることができるので、コヒーレンスを測定することが可能である。また、単に用いる材質の屈折率を変えて積層することにより、定まった方向に干渉パターンを生じさせるので、光検出手段におけるセンサーパターンの配置とのアライメントが容易である。
【００５８】
請求項１４記載の発明は、第２の光学素子が、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系を構成する一連の光学素子を備え、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉光学系は２つの経路を有し、その２つの経路のうちどちらか一方に波面収差を与える部材を有することを特徴とするものである。波面収差を与える部材の収差をあらかじめ設計できるので、干渉パターンを任意に設定でき、光検出手段におけるセンサーパターンの配置とのアライメントが容易になる。
【００５９】
請求項１５記載の発明は、駆動手段が、レーザ光源から第１の光学素子に向かうレーザ光の光軸と第１の光学素子の面とで形成される角度が変化するように光学部材を回転させることを特徴とするものである。これにより、レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸に対する第１の光学素子におけるブレーズ回折格子の角度を変化させることができるので、回折格子方程式（数１）を満たす別の波長の回折光がレーザ光源に戻り発振させ、回転角の範囲内で任意の波長のシングルモードレーザ光源にすることができる。
【００６０】
請求項１６記載の発明は、駆動手段が、所定の回転軸を中心に光学部材を回転させると共にレーザ光源から第１の光学素子に向かう入射光の光軸を平行移動させることにより、レーザ光源と第２の光学部材との間で特定波長を発振させるものである。これにより、光学部材を回転と同時に平行移動させてモードトラッキングをすることにより、選択された波長に対して外部共振器の共振条件を満たすような共振器長に調整することが可能であり、簡便な波長可変シングルモードレーザ光源をつくることができる。
【００６１】
請求項１７記載の発明は、レーザ光源から発せられるレーザ光を整形する第３の光学素子を有し、第３の光学素子と第１の光学素子との間に、レーザ光源と第１の光学素子とで形成される外部共振器長に対する光学的距離を調整する電気光学素子を備えたことを特徴とするものである。これにより、ブレーズ回折格子を平行移動することなく外部共振器の光学的距離を電気的に調整できるので、ブレーズ回折格子を回転させたときに変化する外部共振器長を選択された波長が発振条件を満たすように調整することが可能である。
【００６２】
請求項１８記載の発明は、レーザ光源から発せられるレーザ光を整形する第４の光学素子を有し、第４の光学素子と第１の光学素子との間に、レーザ光源と第１の光学素子とで形成される外部共振器長に対する光学的距離を調整する液晶素子を備えたことを特徴とするものである。外部共振器長に対する光学的距離を調整する素子に液晶を用いることにより、ブレーズ回折格子を平行移動することなく外部共振器の光学的距離を電気的に調整することが容易で安価に可能となり、ブレーズ回折格子を回転させたときに変化する外部共振器長を選択された波長が発振条件を満たすように調整することが可能である。
【００６３】
請求項１９記載の発明は、駆動手段が、電磁力による吸引力又は反発力を利用する電磁アクチュエータを用いたことを特徴とするものである。駆動手段に電磁アクチュエータを用いることにより、遠隔力により磨耗のない回転機構を安価に得ることが可能である。
【００６４】
請求項２０記載の発明は、レーザ光源が半導体レーザであることを特徴とするものである。半導体レーザは安価なマルチモード光源であり、さまざまな波長のものが容易に入手できるので、大量生産を実現できる。
【００６５】
請求項２１記載の発明は、外部共振器長の光学的距離をＬEXT、半導体レーザの波長帯域をＷLD、レーザ光の波長をλとするとき、ＬEXTがＷLDに対して、
【００６６】
【数８】
2008186923.tif 000010
【００６７】
を満たすような範囲であることを特徴とするものである。
【００６８】
外部共振器のモード間隔は（数６）により、
【００６９】
【数９】
2008186923.tif 000011
【００７０】
であるので、（数８）を満たせば外部共振器のモード間隔が半導体レーザの波長帯域ＷLDよりも大きくなる。このような構成にすることにより、外部共振器によるモード間隔を半導体レーザの波長帯域と同じか、それよりも広くすることができるので外部共振器による細かいモードホップを抑制することができる。波長チューニングのきざみがさほど大きくなくてもよいような系においては、外部共振器によるモードの波長間隔が広い必要はなく、発振を起こせれば安定な構成にできる。
【００７１】
請求項２２記載の発明は、第３の光学素子が、レーザ光源から入射する光を円形に整形するビーム整形機能と、レーザ光源から入射する光を平行光にするコリメーション機能とを持つことを特徴とするものである。コリメーションとビーム整形を同時に行うことで、光学部品の数を減らすことができ、装置サイズの縮小とコストの低減が達成できる。
【００７２】
請求項２３記載の発明は、第３の光学素子が、レーザ光源から入射する光をフラットトップの強度分布に整形するビーム整形機能と、レーザ光源から入射する光を平行光にするコリメーション機能を持つことを特徴とするものである。ビーム強度分布をフラットトップにすることにより、ホログラム記録における干渉縞の濃度分布が均一となり、ガウシアン強度分布と比較して、多重記録の効率を大きく上げることが可能である。
【００７３】
請求項２４記載の発明は、レーザ光源の共振器、またはレーザ光源と第１の光学素子とで形成される外部共振器の周囲温度の変動に応じて変化する共振器長を補正する温度補償手段を備えることを特徴とするものである。これにより、レーザ光源の共振器または外部共振器の周囲温度の変動に応じて変化する共振器長を補正でき、共振器の長さを一定に保つことができるのでモードホップを抑制することが可能である。
【００７４】
請求項２５記載の発明は、光学部材の外部から進入する光を遮断するλ／４波長板を備え、λ／４波長板は、部分反射ミラーと記録媒体との間に位置し、且つ光学部材の壁面に接触するように設けられることを特徴とするものである。これにより、不要な反射光が外部共振器に戻ってきて、発振を乱すことを避けることができる。
【００７５】
請求項２６記載の発明は、光検出手段が、複数の電気的に独立な領域に分割されていることを特徴とするものである。これにより、光検出手段に照射される光のパターンを計測することができるので、光の状態をモニタすることが可能となる。
【００７６】
請求項２７記載の発明は、前記光検出手段が、複数の領域で検出される信号から受光した光パターンのコントラストを計算することにより、Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎを算出することを特徴とするものである。これにより、レーザ光のＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎを算出することが可能となり、レーザ光のコヒーレンスをモニタすることが可能となる。
【００７７】
請求項２８記載の発明は、光検出手段が、複数の領域で検出される和信号の履歴を学習することを特徴とするものである。これにより、実際の発振波長を知ることが可能である。
【００７８】
（実施の形態１）
本実施の形態１における外部共振器型レーザ光源装置について図１の本実施の形態１における外部共振器型レーザ光源装置を示す図を用いて説明する。波長４０５ｎｍ、出力１５０ｍＷの市販の半導体レーザを用いる。この半導体レーザの共振器長は６００ｕｍで、水平発散半値角９°、垂直発散半値角２１°の直線偏光レーザを出力する。半導体レーザ１から所定の発散角で出射されるマルチモードレーザ光は第３の光学素子２に入射する。第３の光学素子２は例えば二枚のレンズからなり、一枚のレンズは発散光を平行光に変換するための光学素子である。半導体レーザの発散角は水平方向と垂直方向で異なるため、一般には等強度のビーム形状は楕円形である。また、その強度分布は一般にガウシアン分布に近い関数形である。第３の光学素子２のもう一枚のレンズは楕円形のレーザ光を円形に変換する。これにより、ビーム形状を認識する方法による検知システムを利用することができる。また、第３の光学素子２のもう一枚のレンズはガウシアン分布をフラットトップ分布にビーム整形する機能をもってもよい。そのようにすれば、ガウシアン強度分布と比較して、多重記録の効率を大きく上げることが可能である。第３の光学素子２は前記のようにコリメーション機能と、ビーム整形機能を同時にもつものでもよいし、コリメーション機能だけをもつものでもよい。レンズの数は一枚でもよいし、二枚でもよい。
【００７９】
第３の光学素子２を通過したレーザ光はプリズム３に入射する。プリズム３は複数の部材からなる一体部材である。プリズム３は第１の部材１２、第２の部材１３、第３の部材１４、第４の部材１５の４枚のガラス部材からなる。それぞれのガラス部材は所定の厚みをもつウェハーを貼り合わせて、プリズム形状にダイシングすることにより得られる。第２の部材の面７には第１の光学素子である反射型のＬｉｔｔｒｏｗ型ブレーズ回折格子４が表面に加工されている。ナノインプリントやグレースケールマスク等のグレースケール微細加工方法等によりガラスウェハー表面に回折格子１８を形成し、反射膜で覆うことにより作製される。レーザ光がブレーズ回折格子４に当たると、正反射する方向、経路ＱＲ方向、へ０次光が、元の経路と逆方向、経路ＱＰ方向、へ１次回折光が反射される。０次光とｍ次回折光でもよい。とにかくブレーズ回折格子４は二つの光だけを反射するＬｉｔｔｒｏｗ型で、一方は元と同じ経路を逆にたどるように設計される。本実施の形態１の場合、材料として屈折率１．５３のＢＫ７を用いた周期０．１８７ｕｍ、深さ０．２６ｕｍのブレーズ形状である。入射角４５°の光に対して０次光が−４５°の反射角で２％の効率、１次回折光が４５°の反射角で９８％の効率をもつ。このような回折格子はＦＩＢやダイアモンド加工を用いた超微細加工による型の作製とナノインプリントによるスタンピングにより大量生産が可能である。また、ＢＫ７を用いて周期０．５６２ｕｍ、深さ０．６４ｕｍのブレーズ形状を作ることにより、入射角４５°の光に対して０次光が−４５°の反射角で２．７％の効率、３次回折光が４５°の反射角で９３％の効率をもつような設計も可能である。このような回折格子はグレースケールマスク等を用いることで大量生産できる。
【００８０】
ブレーズ回折格子４から反射された１次回折光、もしくはｍ次回折光は半導体レーザ出射点Ｐとブレーズ回折格子４の照射点Ｑで形成される外部共振器によって発振する。距離ＰＱが外部共振器長となる。本実施の形態１においてはＰＱを６ｍｍとした。この場合の外部共振器モードの波長間隔は、平均屈折率を１．２として、１１．４ｐｍとなった。この実施の形態１における発振モードのダイアグラムを図１１の本実施の形態における発振モードを示す図に示す。青紫色半導体レーザの波長帯域ＷLDは第３の従来の技術にあるように、およそ１０〜１５ｐｍであるので、外部共振器によるモードホップのない安定な発振条件である（数８）をおおよそ満たしている。この場合、外部共振器モードは半導体レーザ１の波長帯域に多くても１本しか存在しないので、半導体レーザ１の共振器長の変化に伴って外部共振器のモードホップが起こることがありえない。これは本発明のように一体化されたプリズムの中に機能を集積化して全体のサイズを小さくすることができたことによる効果である。尚、本発明を用いれば、必要ならば、外部共振器長は６ｍｍよりもさらに小さくすることができ、モードホップ抑制効果をさらに向上させることができる。外部共振器モードの波長間隔を調整することによってモードホップ抑制効果と波長チューニングの解像度とのトレードオフが発生するが、非常に細かい波長チューニングを行う必要がない限り、このモードホップ抑制効果を優先することが好ましく、本発明はモードホップ抑制に特に効果がある。しかしながら、波長チューニングが優先されるような特別な場合には意図的に外部共振器長を長くして、外部共振器モードにおける波長間隔を縮小することも本発明により当然可能である。
【００８１】
ブレーズ回折格子４は前記のように、０次光の反射が数％存在するように意図的に設計されている。外部共振器で増幅されたレーザ光は０次光と結合して、経路ＱＲを経て共振器外へ出力される。第２の部材１３の面８は部分反射ミラーが形成されている。９５％の光が正反射して紙面上方向へ出射する。このように、半導体レーザ源１からの入射角度とプリズムから放出されるレーザ光の出射角度は同じであることが本発明の特徴の一つである。点Ｒからプリズム外に出射されたレーザ光はλ／４板１１を通過して円偏光となって装置外へ出射する。
【００８２】
面８は回折格子１８の部分のみに完全反射膜が形成されており、他の部分は部分反射膜が形成されている。点Ｒに入射する光の一部は透過して第３の部材１４の面９に当たり、他の成分は記録媒体に向かって反射する。面９は完全反射体であり、点Ｓにおいて反射された光は完全反射体である回折格子１８によって反射され、経路ＳＷを通って、光検出手段６に到達する。
【００８３】
面９には、第２の光学素子の一部であり、波面収差を与える素子である波面調整素子５が加工され、面８には第２の光学素子の一部である回折格子１８が形成される。波面調整素子５によって波面収差を与えられた透過光は回折格子１８で三つの主要な光、例えば０次光と±１次回折光に回折する。回折格子１８の格子周期は光検出手段６において前記０次光と±１次光が一部重なるような値に設定される。その結果、波面収差の種類に応じた干渉模様が０次光と±１次光のそれぞれの重なり部分に光検出手段上で生じる。これは波面収差により０次光と±１次光の間に光路差が生じる結果干渉縞が発生する現象で、Ｒｏｎｃｈｉテストの応用である。
【００８４】
波面収差を与える波面調整素子５として、例えば、図４の本実施の形態１における非点収差フレネルミラーの等高線を示す図のような非点収差フレネルミラーを用いた場合、光検出手段６上では図５の本実施の形態１における干渉縞のパターンを示す図のように複数の直線干渉縞が得られる。波面調整素子５の反射曲面は一般的なフレネルレンズの作製手続きに従って薄型化されたフレネルミラーのような形態が本発明には好ましい。フレネルミラーの作製方法は一般的なグレースケールマスクを用いた大量生産が向いている。予め決められた所定の厚みのウェハー上の点Ｓの位置にフレネルミラーを前記の方法で加工した後、同じウェハーの裏面に回折格子１８を所定の間隔ずらして加工する。回折格子１８は少なくとも三つの回折光が必要であるので図６の本実施の形態１におけるレーザビーム分割のための回折格子パターンを示す図のようなバイナリー回折格子を使うことができる。前記のような両面加工は両面アライナーやステッパーなどの露光機を用いた半導体工法により可能である。両面の加工の後、両面に反射膜を形成することで回折格子１８を作ることができる。尚、波面収差は球面でフォーカスやコマ収差でもよい。図７の本実施の形態１における光検出手段のディテクターパターンを示す図に示すように光検出手段６は感度を持つ部分が複数の領域に分かれており、前記によって形成される干渉縞はこの複数の領域と重なるように配列される。これは前記波面調整素子５の関数形を選ぶことによって達成することができる。本実施の形態１においては、光検出手段は例えば６つの領域Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に分かれており、干渉縞のビジビリティ、即ちＭＴＦを測定することができる。ＭＴＦは、
【００８５】
【数１０】
2008186923.tif 000012
【００８６】
で定義される。ここで、ＩmaxおよびＩminはそれぞれ、干渉縞の強度分布の最大値と最小値である。これらの値は前記６つの領域における信号電圧の演算により計算することができる。これにより、レーザ光のコヒーレンスを計測することができ、リアルタイムな計測によりコヒーレンスのモニタが可能である。モードホップが発生するとコヒーレンスが低下するのでＭＴＦが低下することでモードホップの存在を検知することができる。従って、コヒーレンスのモニタ値に基づいてプリズムの姿勢制御を行うことでリアルタイムでモードホップの抑制を行うことが可能である。また、前記分割領域を上部領域、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３と下部領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に分けて差信号を取ることで、入射光の位置を知ることができる。これにより、ブレーズ回折格子４の傾きを知ることができるので、選択波長λGを知ることができる。即ち、プリズム３の角度を知ることが可能である。
【００８７】
以上のように本実施の形態１においてはＬｉｔｔｒｏｗ型ブレーズ回折格子、Ｒｏｎｃｈｉダイアグラム発生素子が一つの部材の中で構成されており、非常にコンパクトな形態となっている。プリズムのサイズは幅６ｍｍ，奥行き６ｍｍ，長さ２０ｍｍであり、一個当たりのコストも１００円以下で作ることが可能である。プリズム３は例えば図３の本実施の形態１におけるプリズムを示す図に示すように、複数の透明部材を積層して接合するラミネート工法で一体化した後、角を落とすことにより容易に作製することができる。ブレーズ回折格子４は第２の部材１３の表面に加工され、反射膜により覆われる。波面調整素子５とビームを分割する素子１８は第３の部材１４の、それぞれの面に加工され、反射膜により覆われる。このようにして、複数の機能を持った光学素子がプリズム内部に形成される。
【００８８】
プリズム３における第１の部材１２と第４の部材１５には端面にコイル１０が接着等により固定される。コイル１０はコイルの芯を通る鉄材とともに電磁アクチュエータを構成する。プリズム３全体は図２に示すように金型整形等の方法により作製される軸受け３４と板バネ３５により支持されており、電磁アクチュエータの電流制御により回転と並進が可能である。
【００８９】
図２は、本実施の形態１における外部共振器型レーザ光源装置を示す図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）において破線部分Ａ−Ａ’を右から左に見た断面図を示す。軸受け３４は例えば引張り整形された樹脂細線を用いることができる。プリズム３は支持板３６と密着する。支持板３６は軸受け３４を通して板バネ３５と結合する。板バネ３５は４点リンクを形成し、レーザビームの出射方向に近似的に並進運動をする。プリズムの回転と並進はプリズム３の両側に配置するコイル１０に与える電圧を制御することにより行う。左右に異なる電圧を供給することによりプリズム３は回転を行うことができる。電圧の大小関係を逆にすることにより、回転方向を変えることができる。また、同じ電圧を供給することで並進運動を行うことができる。電圧の極性を逆にすることにより、逆方向への並進運動も行うことができる。
【００９０】
プリズム３の初期位置は前記光検出手段により決定され、その後リアルタイムで回転角と並進距離を決定することができる。板バネ３５は樹脂や金属から作ることができる。プリズム３を電磁アクチュエータで用いて回転することにより波長を選択することが可能である。このときプリズム３を回転させてもレーザ光の出射角度は常に半導体レーザ１からのレーザ光の出射角と同じで同方向であるのが本発明の特徴である。また、プリズム３の回転に伴って外部共振器長ＰＱが変化し、外部共振モードのモードホップが一般に発生する。
【００９１】
しかしながら、本発明によれば、回転と同時に外部共振器長を一定に保つようにプリズム３を並進させるので、モードホップを避けることができる。さらに、第３の光学素子２に液晶素子を含むことができる。液晶素子を用いて外部共振器経路における屈折率を電気的に制御することで、外部共振器長に対する光学的距離を調整することができる。従って、ブレーズ回折格子４の回転で波長を選択し、液晶素子に与える電圧を制御することで発振条件の調整を行うことが可能である。
【００９２】
本発明の装置においてはブレーズ回折格子４、波面調整素子５およびビームを分割する回折格子１８が一体の部材で形成された上、半導体レーザ１、ビーム整形素子、コリメータ、および電磁アクチュエータ、そして温度補償手段３０が一つの結合部材３１により一体化されている点に特徴がある。温度補償手段３０は半導体レーザ１のパッケージや結合部材３１の周囲に設けることができる。ペルチェ素子等の熱−電気変換素子を温度補償手段として使用することにより温度を制御することができる。これにより、共振器長を一定に保つことができるので、温度変化を原因とするモードホップをなくすことができる。逆に温度を制御することで積極的に共振器長を変化させ、他の要因によって発生するモードホップを抑制することも可能である。
【００９３】
（実施の形態２）
本実施の形態２における外部共振器型レーザ光源装置について図８、図９の本実施の形態２における外部共振器型レーザ光源装置を示す図を用いて説明する。波長４０５ｎｍ、出力１５０ｍＷの市販の半導体レーザを用いる。この半導体レーザの共振器長は６００ｕｍで、水平発散半値角９°、垂直発散半値角２１°の直線偏光レーザを出力する。半導体レーザ１から所定の発散角で出射されるマルチモードレーザ光は第３の光学素子２に入射する。第３の光学素子２は例えば発散光を平行光に変換するための光学素子と、楕円形のレーザ光を円形に変換するための光学素子からなる。第３の光学素子２を通過したレーザ光はプリズム３に入射する。プリズム３は第１の部材１２、第２の部材１３、第３の部材１４、第４の部材１５、第５の部材１６の合計５枚のガラス部材からなる。このそれぞれのガラス部材は所定の厚みをもつウェハーを貼り合わせて、プリズム形状にダイシングすることにより得られる。第２の部材の面７には第２の光学部品である反射型のＬｉｔｔｒｏｗ型ブレーズ回折格子４が表面に加工されている。レーザ光がブレーズ回折格子４に当たると、正反射する方向、経路ＱＲ方向へ０次光が、元の経路と逆方向、経路ＱＰ方向へ１次回折光が反射される。ブレーズ回折格子４から反射された１次回折光は半導体レーザ出射点Ｐとブレーズ回折格子４の照射点Ｑで形成される外部共振器によって発振する。外部共振器で増幅されたレーザ光は０次光と結合して、経路ＱＲを経て共振器外へ出力される。第２の部材１３の面８は点Ｒの部分で部分反射ミラーが形成されており、点Ｗの部分で完全反射膜が形成されている。点Ｒにおいては大部分の光が正反射して紙面上方向へ出射し、λ／４板１１を通過して円偏光となって装置外へ出射し、残りは透過して第３の部材１４の面９に当たる。面９はハーフミラーがコーティングされており、面１７は点Ｕの部分において完全反射膜が形成されており、他の部分は透明体である。点Ｓにおいて反射された光は経路Ｓ−Ｗ−Ｖを通って、透過した光は経路Ｓ−Ｕ−Ｖを通って光検出手段６に到達する。経路Ｓ−Ｗ−Ｖと経路Ｓ−Ｕ−ＶはＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を形成する。第３の部材１４と第４の部材１５にはそれぞれ異なる屈折率ｎ1およびｎ2を持つ材料を選択する。それにより、それぞれの経路の光学的距離にレーザビームの全面において均一な位相差を生じ、光検出手段６において干渉縞が生成される。光検出手段は例えば６つの領域Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に分かれており、干渉縞のＭＴＦを測定することができる。
【００９４】
以上のように本実施の形態２おいてはＬｉｔｔｒｏｗ型ブレーズ回折格子、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計が一つの部材の中で構成されており、非常にコンパクトな形態となっている。プリズムのサイズは幅６ｍｍ，奥行き６ｍｍ，長さ２０ｍｍであり、一個当たりのコストも１００円以下で作ることが可能である。モードホップ検知や波長検知、駆動機構等は実施の形態１に同じである。
【００９５】
位相差を与える方法として本形態の別の手段を図９に示す。ここでは第３の部材１４と第４の部材１５には同じ屈折率ｎ1を持つ材料を選択する。第３の部材１４の表面には波面収差を与える素子である波面調整素子５を加工する。この構成により、経路ＳＷを通る光だけが波面収差をうけ、レーザビームにおいて不均一な位相差を生じ、光検出手段６において干渉縞が生成される。
【００９６】
（実施の形態３）
本実施の形態３における外部共振器型レーザ光源装置について図１０の本実施の形態３における外部共振器型レーザ光源装置を示す図を用いて説明する。波長４０５ｎｍ、出力１５０ｍＷの市販の半導体レーザを用いる。この半導体レーザの共振器長は６００ｕｍで、水平発散半値角９°、垂直発散半値角２１°の直線偏光レーザを出力する。半導体レーザ１から所定の発散角で出射されるマルチモードレーザ光は第３の光学素子２に入射する。第３の光学素子２は例えば発散光を平行光に変換するための光学素子と、楕円形のレーザ光を円形に変換するための光学素子からなる。第３の光学素子２を通過したレーザ光はプリズム３に入射する。プリズム３は第１の部材１２、第２の部材１３、第３の部材１４、第４の部材１５の合計４枚のガラス部材からなる。このそれぞれのガラス部材は所定の厚みをもつウェハーを貼り合わせて、プリズム形状にダイシングすることにより得られる。第２の部材の面７には第２の光学部品である反射型のＬｉｔｔｒｏｗ型ブレーズ回折格子４が表面に加工されている。レーザ光がブレーズ回折格子４に当たると、正反射する方向、経路ＱＲ方向、へ０次光が、元の経路と逆方向、経路ＱＰ方向へ１次回折光が反射される。ブレーズ回折格子４から反射された１次回折光は半導体レーザ出射点Ｐとブレーズ回折格子４の照射点Ｑで形成される外部共振器によって発振する。外部共振器で増幅されたレーザ光は０次光と結合して、経路ＱＲを経て共振器外へ出力される。第２の部材１３の面８は部分反射ミラーが形成されており、点Ｒにおいて大部分の光が正反射して紙面上方向へ出射し、λ／４板１１を通過して円偏光となって装置外へ出射する。点Ｒに入射する光の一部は透過して第３の部材１４の第３の面９に当たる。第３の面９はハーフミラーがコーティングされており、第３の部材１４の底部３２と第４の部材１５の端面３３は完全反射体であり、点Ｓにおいて分岐された光はそれぞれ経路Ｓ−Ｕおよび経路Ｓ−Ｖを通って光検出手段６に到達する。経路Ｓ−Ｕと経路Ｓ−ＶはＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計を形成する。第３の部材１４と第４の部材１５は適当に異なる屈折率材料を選択する。それにより、それぞれの経路の光学的距離は差を生じ、光検出手段６において干渉縞が生成される。光検出手段は例えば６つの領域Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に分かれており、干渉縞のＭＴＦを測定することができる。
【００９７】
以上のように本実施の形態においてはＬｉｔｔｒｏｗ型ブレーズ回折格子、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計が一つの部材の中で構成されており、非常にコンパクトな形態となっている。プリズムのサイズは幅６ｍｍ，奥行き６ｍｍ，長さ２０ｍｍであり、一個当たりのコストも１００円以下で作ることが可能である。モードホップ検知や波長検知、駆動機構等は実施の形態１に同じである。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、モードホップのないシングルモードのレーザ光の発振を小型の装置で実現できるので、ホログラム記録および再生に用いられる外部共振器型レーザ光源装置などに適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本実施の形態１における外部共振器型レーザ光源装置を示す図
【図２】本実施の形態１における外部共振器型レーザ光源装置を示す図
【図３】本実施の形態１におけるプリズムを示す図
【図４】本実施の形態１における非点収差フレネルミラーの等高線を示す図
【図５】本実施の形態１における干渉縞のパターンを示す図
【図６】本実施の形態１におけるレーザビーム分割のための回折格子パターンを示す図
【図７】本実施の形態１における光検出手段のディテクターパターンを示す図
【図８】本実施の形態２における外部共振器型レーザ光源装置を示す図
【図９】本実施の形態２における外部共振器型レーザ光源装置を示す図
【図１０】本実施の形態３における外部共振器型レーザ光源装置を示す図
【図１１】本実施の形態における発振モードを示す図
【図１２】従来の外部共振器型レーザ光源装置を示す図
【図１３】従来の外部共振器型レーザ光源装置における発振モードを示す図
【図１４】従来の外部共振器型レーザ光源装置における発振モードを示す図
【図１５】従来の外部共振器型レーザ光源装置における発振モードを示す図
【図１６】従来の外部共振器型レーザ光源装置における発振モードを示す図
【符号の説明】
【０１００】
１    半導体レーザ
２    第３の光学素子
３    プリズム
４    ブレーズ回折格子
５    波面調整素子
６    光検出手段
７，８，９    面
１０    コイル
１１    λ／４板
１２    第１の部材
１３    第２の部材
１４    第３の部材
１５    第４の部材
１６    第５の部材
１７    面
１８    回折格子
１９    コリメート光
２１    コリメータ
２２    波長センサー
２３    モードホップセンサー
２４    光学くさび
２５    モーター
２６，２７    部分反射ミラー
３０    温度補償手段
３１    結合部材
３２，３３    反射膜
３４    軸受け
３５    板バネ
３６    支持板
【図１】
2008186923.tif 000014
【図２】
2008186923.tif 000015
【図３】
2008186923.tif 000016
【図４】
2008186923.tif 000017
【図５】
2008186923.tif 000018
【図６】
2008186923.tif 000019
【図７】
2008186923.tif 000020
【図８】
2008186923.tif 000021
【図９】
2008186923.tif 000022
【図１０】
2008186923.tif 000023
【図１１】
2008186923.tif 000024
【図１２】
2008186923.tif 000025
【図１３】
2008186923.tif 000026
【図１４】
2008186923.tif 000027
【図１５】
2008186923.tif 000028
【図１６】
2008186923.tif 000029