(57)【要約】【課題】小型化が可能であり、波長変化に伴う光軸のシフトのないレーザ光源装置を提供する。【解決手段】レーザ光源装置は、光を出射する半導体レーザ１と、体積型回折素子４と、伸縮素子６Ａ，６Ｂとを備えている。体積型回折素子４は、厚み方向に伸縮することができる。半導体レーザ１から出射された光が体積型回折素子４に入射される。体積型回折素子４において、この入射された光の一部であって上記伸縮の量に依存して決まる波長の光が半導体レーザ１へ反射され、かつ他部が透過される。伸縮素子６Ａ，６Ｂが体積型回折素子４を伸縮させる。【選択図】図１
2008192902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射するレーザ発振器と、
前記出射された光が入射されるように配置され、厚み方向に伸縮することができ、前記入射された光の一部であって前記伸縮の量に依存して決まる波長の光を前記レーザ発振器へ反射し、かつ他部を透過する光学素子と、
前記光学素子を前記伸縮させるための駆動部とを備えた、レーザ光源装置。
【請求項２】
前記レーザ発振器から出射された光を平行光にして前記光学素子に入射させるコリメータをさらに備えた、請求項１に記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記光学素子が、厚み方向に屈折率が周期的に変化する領域を有する体積型回折素子であることを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記入射する光の光軸と、前記体積型回折素子の厚み方向とが同じであることを特徴とする、請求項３に記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記光学素子が前記伸縮する方向と、前記光学素子に前記入射する光の光軸方向とが同じであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記光学素子が樹脂により形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記レーザ発振器の前記出射側の端部において、前記出射される光が前記レーザ発振器の内部に向かって反射される割合が１％以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記駆動部が伸縮素子を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
前記駆動部が複数の伸縮素子を有し、かつ前記複数の伸縮素子が前記光学素子に対して対称的に配置されていることを特徴とする、請求項１〜７に記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
前記伸縮素子の伸縮方向と、前記光学素子の伸縮方向とが同じであることを特徴とする、請求項８または９に記載のレーザ光源装置。
【請求項１１】
前記伸縮素子が積層型の圧電素子であることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項１２】
前記伸縮素子の一端面と、前記光学素子の一端面とが一の基板に固定されていることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項１３】
前記光学素子の一端面が、前記入射する光の入射側に面していることを特徴とする、請求項１２に記載のレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源装置に関し、特に、発振波長が可変のレーザ光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、光通信や光情報処理の分野における光源としてよく使用されている。これらの半導体レーザには、共振器方向に対して周期構造を持つ分布帰還型レーザや分布ブラッグ反射型レーザがある。これらのレーザは、レーザダイオード単体のみでシングルモード発振が可能であるとともに連続波長掃引が可能である。
【０００３】
上記のような半導体レーザは、得られる線幅が細く、かつ波長可変な装置として、上記以外の分野においても有用である。たとえば、分光計測用の光源としての使用や、また、近年では体積型メモリの光源としての使用が注目されている。これらの用途においても、小型化、低コスト化の観点から、半導体レーザの使用が望ましい。
【０００４】
しかしながら、上述した分布帰還型レーザや分布ブラッグ反射型レーザなどの半導体レーザは長波長域（波長１．３〜１．６μｍ）のレーザ光を発振するものである。より短波長側の波長域（波長０．４〜０．６μｍ）のレーザ光をシングルモード発振し、かつ波長を変化させることのできる半導体レーザは、実用的なものがないのが現状である。
【０００５】
このため、半導体レーザと外部共振器とが組み合わされたレーザ光源装置（外部共振器半導体レーザ）が提供されている。外部共振器を用いたスペクトル狭窄化およびシングルモード発振は、最も一般的な半導体レーザの波長制御方法として以前から知られている。なお、外部共振器としてはリトロー型およびリットマン型が代表的である。
【０００６】
外部共振器によるシングルモード発振を行なうためには、高い波長分解能を有する回折素子が必要となる。回折素子として通常の回折格子が用いられた場合、波長分解能はビームスポット径の中に含まれる格子の溝本数に比例する。よって、より安定したシングルモード発振を得るためには、回折格子に入射される光のビームスポット径を大きくする必要がある。このためには、半導体レーザと回折格子との間に設けられるコリメータの焦点距離を長くする必要があり、装置の小型化が困難となる。
【０００７】
この困難を解消する方法としては、回折素子として体積型回折素子を用いる方法がある。体積型回折素子は、その内部に屈折率の異なる領域が周期的に形成された体積グレーティングを有している。このような体積型回折素子を有するレーザ光源装置の中には、波長選択のための回転機構を備えたものがある。以下にこのような回転機構を有するレーザ光源装置の動作について説明する。
【０００８】
図１０を参照して、ダイオードレーザなどの半導体レーザ１０から出射されたマルチ縦モードのレーザ光が、コリメートレンズ２によって平行にされ、体積型回折素子４０に入射される。体積型回折素子４０の配置角度Ｒ３０に対応したブラッグ条件を満たす波長の光ＬＲ１が回折されてミラー７０へ導かれる。ミラー７０で反射された光ＬＲ２が体積型回折素子４０に再度入射される。体積型回折素子４０で再度回折された光ＬＲ３が、コリメートレンズ２を通って半導体レーザ１０に帰還する。
【０００９】
この帰還により共振が生じ、半導体レーザ１０から単一モードのレーザ光が出射されるようになる。この単一モードのレーザ光のうち、体積型回折素子４０をそのまま透過する透過光ＬＴが出力光として外部に取り出される。上記共振が生じる波長は、体積型回折素子４０の配置角度Ｒ３０とミラー７０の配置角度Ｒ３１とが回転機構により同時に同じ角度だけ変化されることによって変えることができる。
【００１０】
この構成のレーザ光源装置においては、波長分解能は体積型回折素子４０に入射される光のビームスポット径に依存するのではなく、体積型回折素子４０の厚さ、すなわち、光軸方向に積層された格子面の数によって決まる。よって、ビームスポット径を大きくする必要がなく、半導体レーザ１０とコリメートレンズ２との間隔をより狭くすることができる。これにより、体積型でない回折格子が用いられる場合に比して、小型化を図ることが容易になる。
【００１１】
なお、波長選択のための回転機構を備えたレーザ光源装置が、たとえば、特開２００１−２８４７１８号公報に記載されている。
【００１２】
一方、回転機構なしに波長選択可能なレーザ光源装置も存在する。たとえば、光通信用途に用いられているファイバ・ブラッグ・グレーティングを有する波長安定化レーザも、体積型回折素子が用いられたレーザ光源装置のひとつである。この装置では、波長選択のためにファイバ・ブラッグ・グレーティングの温度が制御される。これにより、温度変化によるファイバ材料の実効屈折率の変化と、熱膨張収縮に伴うグレーティング格子間隔の変化とが生じ、これらの変化により波長選択が行なわれる。
【００１３】
なお、温度制御により波長が選択されるレーザ光源装置が、たとえば、特開２０００−８２８６４号公報に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２８４７１８号公報
【特許文献２】特開２０００−８２８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上述したような回転機構による波長選択が行なわれるレーザ光源装置には、以下の課題がある。
【００１５】
まず、図１０に示すように、体積型回折素子４０の回転による配置角度Ｒ３０の調整や、ミラー７０の回転による配置角度Ｒ３１の調整を許容するための駆動スペースが必要となる。このため、レーザ光源装置の小型化が困難となるという問題がある。たとえば、波長を４０４ｎｍ〜４０５ｎｍの範囲で変化させるためには、体積型回折素子４０やミラー７０の配置角度Ｒ３０，Ｒ３１の調整角度である約４°に対応する駆動スペースが確保されなければならない。
【００１６】
また、外部共振器レーザでは０．１ｎｍレベルの細かい波長制御が必要であることから、回転機構の回転変位に高い角度分解能が求められる。また、波長が回転変位に対して線形変化しないため、複雑な回転制御が必要となる。また、たとえば４０４ｎｍ〜４０５ｎｍの範囲で波長変化させるためには、約４°という大きな回転変位が回転機構に求められる。これらの諸要件を満たす回転機構は、構成が複雑となったり、高価な部品が必要となったりするという問題がある。
【００１７】
また、体積型回折素子４０の回転に伴って出力光である透過光ＬＴの光軸がシフトするという問題がある。たとえば、体積型メモリシステムなどで記録情報の多重化が行なわれる場合、光軸がシフトすることによって所望の情報の記録、再生が正確に行なえなくなったり、多重度が低下したりする。あるいは、このシフトを解消するために、追加の光学素子や光学系が必要となる。
【００１８】
また、体積型回折素子４０の回転に伴って、体積型回折素子４０により最初に回折される回折光ＬＲ１の方向が変化する。このため、外部共振器がリットマン型となる。よって、ミラー７０から反射された光ＬＲ２が半導体レーザ１０に帰還するためには体積型回折素子４０により回折される必要がある。この際に回折されずに透過されて失なわれてしまう光ＬＬが存在するため、レーザ光源装置における光の利用効率が低下するという問題がある。なお、光の利用効率が低いと、出力光である透過光ＬＴの強度の低下や、半導体レーザ１０の発振閾値電流の上昇などが生じてしまう。
【００１９】
一方、上述したような温度制御による波長選択が行なわれるレーザ光源装置は、外部共振器をリットマン型でなくリトロー型とすることができる。このため、上述した光の利用効率低下の問題は生じない。しかしながら、温度を安定化させるための時間がある程度必要であるため、速やかに波長を変更させることができないという問題がある。また、温度変化に伴う波長変化は０．１ｎｍ／℃とわずかであるこのため、数ｎｍ程度の広い波長可変幅を得ることが困難であるという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の主な目的は、小型化が可能であり、波長変化に伴う光軸のシフトのないレーザ光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のレーザ光源装置は、光を出射するレーザ発振器と、光学素子と、駆動部とを備えている。光学素子は、レーザ発振器から出射された光が入射されるように配置され、厚み方向に伸縮することができ、入射された光の一部であって伸縮の量に依存して決まる波長の光をレーザ発振器へ反射し、かつ入射された光の他部を透過する。駆動部は、光学素子を伸縮させる。
【００２２】
本発明のレーザ光源装置によれば、出力光の波長が光学素子の伸縮の量に依存する。このため、波長選択のためには光学素子を伸縮駆動させればよい。よって、回転駆動と比して駆動スペースを小さくできるため、装置を小型化することができる。また、波長選択のために光学素子を回転させる必要がないため、出力光である光学素子の透過光の光軸を一定に保つことができる。また、波長選択のために温度を変化させる必要がないため、温度を安定化させるための時間を要しない。
【００２３】
上記のレーザ光源装置において好ましくは、レーザ光源装置がレーザ発振器から出射された光を平行光にして光学素子に入射させるコリメータをさらに備えている。
【００２４】
これにより、光学素子に入射する光が平行光となる。よって、光学素子の透過光も平行光線とすることができる。つまり、平行光線である出力光を得ることができる。
【００２５】
上記のレーザ光源装置において好ましくは、光学素子が、厚み方向に屈折率が周期的に変化する領域を有する体積型回折素子である。
【００２６】
これにより、上記周期の数を増すことにより、波長分解能を高めることができる。よって、波長分解能を高めるために光学素子に入射される光のビームスポット径を大きくする必要がない。
【００２７】
上記の体積型回折素子において好ましくは、光学素子に入射する光の光軸と、体積型回折素子の厚み方向とが同じである。
【００２８】
これにより、光軸素子を通る光の光軸と、屈折率が周期的に変化する方向とを同じにすることができる。
【００２９】
上記のレーザ光源装置において好ましくは、光学素子が伸縮する方向と、光学素子に入射する光の光軸方向とが同じである。
【００３０】
これにより、光学素子を伸縮させることにより、光学素子に入射する光の光軸方向に沿って光学素子の構造を変化させることができる。
【００３１】
上記のレーザ光源装置において好ましくは、光学素子が樹脂により形成されている。
これにより、光学素子を容易に伸縮させることができる。よって、駆動部に必要とされる発生力を小さくすることができる。
【００３２】
上記のレーザ光源装置において好ましくは、レーザ発振器の出射側の端部において、出射される光がレーザ発振器の内部に向かって反射される割合が１％以下である。
【００３３】
これにより、レーザ発振器を高出力状態とした際に発生しやすいレーザ発振器単独での発振を抑制することができる。よって、レーザ光源装置を安定的に高出力動作させることができる。
【００３４】
上記のレーザ光源装置において好ましくは、駆動部が伸縮素子を有している。
これにより、伸縮素子の伸縮変位を用いて光学素子を伸縮させることができる。
【００３５】
上記のレーザ光源装置において好ましくは、駆動部が複数の伸縮素子を有し、かつ複数の伸縮素子が光学素子に対して対称的に配置されている。
【００３６】
これにより、伸縮素子による作用を光学素子に対してバランスよく与えることができる。よって、光学素子全体が、より均質に伸縮することができる。
【００３７】
上記の伸縮素子において好ましくは、伸縮素子の伸縮方向と、光学素子の伸縮方向とが同じである。
【００３８】
これにより、伸縮素子の伸縮量と同じだけ光学素子を伸縮させることができる。
上記の伸縮素子において好ましくは、伸縮素子が積層型の圧電素子である。
【００３９】
これにより、伸縮素子を容易に電圧制御することができ、かつ伸縮素子に応答性の高い伸縮動作をさせることができる。
【００４０】
上記の伸縮素子において好ましくは、伸縮素子の一端面と、光学素子の一端面とが、一の基板に固定されている。
【００４１】
これにより、伸縮素子の一端面と、光学素子の一端面とを連動させることができる。
上記のレーザ光源装置においてさらに好ましくは、光学素子の上記一端面が、入射する光の入射側に面している。
【００４２】
これにより、上記基板の伸縮素子および光学素子が設けられていない側にレーザ発振器を設けることができる。これにより、レーザ発振器を容易に光学素子に近づけることができる。よって、光学素子から反射される光を効率的にレーザ発振器に帰還させることができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように本発明によれば、小型化が可能であり、波長変化に伴う光軸のシフトのないレーザ光源装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成の概略について、主に図１を用いて説明する。
【００４５】
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す鳥瞰図である。図１を参照して、レーザ光源装置は、主に、半導体レーザ（レーザ発振器）１と、コリメートレンズ（コリメータ）２と、体積型回折素子（光学素子）４と、伸縮素子（駆動部）６Ａ，６Ｂと、基板５とを有している。また、レーザ光源装置は、フレーム３（図２）を有している。フレーム３は、駆動部支持部３Ａ，３Ｂと、光学素子支持部３Ｔと、連結部３Ｍとを有している。
【００４６】
半導体レーザ１は、マルチモードのレーザ光を出射する機能を有している。レーザ光はは、たとえば波長４００ｎｍ程度の青紫色の光である。好ましくは、半導体レーザ１の光の出射側の端部において、出射される光が半導体レーザ１の内部に向かって反射される割合はなるべく低くされている。この割合は、たとえば、１％以下とされている。
【００４７】
コリメートレンズ２は、光を平行光にする機能を有している。コリメートレンズ２は、半導体レーザ１から出射された光が入射されるように配置されている。
【００４８】
体積型回折素子４は、厚み方向に沿った周期構造を有しており、回折素子としての機能を有している。これにより、体積型回折素子４に入射された光の一部を反射させ、他部を透過させる機能を有している。また、体積型回折素子４は、厚み方向に伸縮することができる。この伸縮にともなって、上記の周期構造のピッチが変化される。このため、体積型回折素子４により反射される光の波長はこの伸縮の量に依存している。
【００４９】
また、体積型回折素子４は、コリメートレンズ２からの平行光が入射され、かつその一部が体積型回折素子４からコリメートレンズ２を介して半導体レーザ１へ反射されるように配置されている。
【００５０】
伸縮素子６Ａ，６Ｂのそれぞれは、図中矢印Ａ，Ｂの各々の方向に沿って伸縮する機能を有する素子である。伸縮素子６Ａ、６Ｂは、体積型回折素子４に対して対称的に配置されている。好ましくは、伸縮素子６Ａ、６Ｂは積層型の圧電素子である。
【００５１】
駆動部支持部３Ａ，３Ｂと、光学素子支持部３Ｔとは、連結部３Ｍと共にフレーム３（図２）を構成している。これにより、駆動部支持部３Ａ，３Ｂおよび光学素子支持部３Ｔは、相対的な位置が固定されている。また、光学素子支持部３Ｔは、少なくともレーザ光源装置の出力光の波長を透過する材質により形成されている。
【００５２】
基板５は、少なくともレーザ光源装置の出力光の波長を透過する材質により形成されている。
【００５３】
体積型回折素子４の一端面は基板５に固定されており、この一端面と反対側の面である他端面は光学素子支持部３Ｔに固定されている。この他端面は、コリメートレンズ２からの光が体積型回折素子４に入射する側の面である。基板５と、光学素子支持部３Ｔとが体積型回折素子４を介して対向している方向は、体積型回折素子４の厚み方向と同一方向である。
【００５４】
また、伸縮素子６Ａ，６Ｂの各々の一端面は基板５に固定されており、この一端面と反対側の面である他端面は駆動部支持部３Ａ，３Ｂの各々に固定されている。基板５と、駆動部支持部３Ａ，３Ｂのそれぞれとの間に、伸縮素子６Ａ，６Ｂの各々が固定されている。基板５と、駆動部支持部３Ａ，３Ｂのそれぞれとが伸縮素子６Ａ，６Ｂの各々を介して対向している方向は、伸縮素子６Ａ，６Ｂ各々の伸縮方向と同一方向である。
【００５５】
次に、上記の体積型回折素子４の構成について、図３〜図５を用いて詳述する。
図３は、本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置が有する体積型回折素子の構成を概略的に示す鳥瞰図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。図５は、図４のＣ領域の拡大図である。
【００５６】
図３〜図５を参照して、体積型回折素子４は、媒体部分４Ｉと、グレーティング部分４Ｍとを有している。グレーティング部分４Ｍは、体積型回折素子４の内部において、厚み方向（図４の縦方向）に周期構造を有する層状形状を有している。媒体部分４Ｉとグレーティング部分４Ｍとは、互いに僅かに異なる屈折率を有している。すなわち、体積型回折素子４は屈折率の異なる領域が周期的に形成されている屈折率変調型である。媒体部分４Ｉと、グレーティング部分４Ｍとの屈折率の相違は、たとえば０．０１以下である。
【００５７】
図４を参照して、体積型回折素子４は、入射された光の一部を回折させることにより、図中破線矢印のように光を反射させることができる。また、この入射された光の他部を上記の周期構造に沿って図中実線矢印のように透過させることができる。
【００５８】
体積型回折素子４により回折される光の波長λと、グレーティングのピッチΛ（図５）との関係は、次の式を満たす。
【００５９】
λ＝２ｎΛ・ｃｏｓθ    ・・・（式１）
ｎは媒体部分４Ｉの屈折率、θはグレーティング部分４Ｍの層面の法線方向（すなわち体積型回折素子４の厚み方向）と、回折される光とのなす角である。したがって、体積型回折素子４の厚み方向に沿って体積型回折素子４から反射される光の波長λ0は、式１のθ＝０におけるλの値となる。したがって、
λ0＝２ｎΛ    ・・・（式２）
となる。
【００６０】
図４を参照して、体積型回折素子４の厚み方向の総寸法Ｔのうち、寸法Ｄの領域が上記周期構造を有する領域である。総寸法Ｔが外力により伸縮されると、対応して寸法Ｄも伸縮され、この結果ピッチΛ（図５）も伸縮される。よって、体積型回折素子４の厚み方向の総寸法Ｔを伸縮させることにより、体積型回折素子４により反射される波長λ0を変化させることができる。
【００６１】
なお、好ましくは、体積型回折素子４は伸縮性に富む材料が好ましい。このような材料としては、たとえば高分子の樹脂材料がある。
【００６２】
また、体積型回折素子４は、たとえば、感光性のある材料の内部においてレーザ光の２光束干渉をさせることで作製することができる。体積型回折素子４が回折させることのできる光の波長は２光束干渉におけるレーザ光の交差角度で決めることができるが、回折させる光よりも短波長のレーザ光を用いて体積型回折素子４を作製することができる。なお、パルスレーザなどの強電場の多光子吸収現象が利用されれば、感光波長よりも波長の長いレーザ光によっても体積型回折素子４を作製することが可能である。
【００６３】
次に、本実施の形態のレーザ光源装置がシングルモードで発振する動作について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００６４】
図６を参照して、半導体レーザ１からコリメートレンズ２に向けて光が出射される。この光は、コリメートレンズ２により平行光とされ、光学素子支持部３Ｔを通って、体積型回折素子４に入射される。体積型回折素子４に入射された光の一部であって上述した波長λ0の光は、図中破線矢印のようにコリメートレンズ２へ反射される。また、体積型回折素子４に入射された光の他部は、図中実線矢印ＬＴのように基板５を通って、レーザ光源装置の出力光とされる。
【００６５】
体積型回折素子４から反射された波長λ0の光は、コリメートレンズ２により半導体レーザ１端面に集光され、半導体レーザ１の活性層に帰還する。この帰還により、レーザ光源装置は波長λ0でシングルモード発振する。この結果、図６に示すレーザ光源装置の出力光である透過光ＬＴの波長もλ0となる。
【００６６】
次に、本実施の形態のレーザ光源装置の出力光波長λ0を変更する方法について、主に図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態１のレーザ光源装置がシングルモード発振する原理の模式的な説明図である。なお、図７の横軸は波長λ、縦軸はゲインである。
【００６７】
主に図７を参照して、半導体レーザ１は、所定の波長域において連続的に広いゲインカーブ１Ｇを有している。また、リトロー型外部共振器の縦モードＥＭおよび半導体レーザ１の縦モード１Ｍのそれぞれが、一定の波長間隔おきに複数存在する。なお、複数の半導体レーザ１の縦モード１Ｍは、互いの波長間隔が外部共振器の縦モードＥＭより大きく、かつそれぞれの幅が広い。
【００６８】
そして、体積型回折素子４により、波長分解能４Ｒで波長λ0の光が半導体レーザ１に帰還される。この結果、外部共振器の縦モードＥＭのうち、半導体レーザ１の縦モード１Ｍに包含され、かつ体積型回折素子４の波長分解能４Ｒ内に包含される縦モードで発振が行なわれる。これにより、波長λ0の出力光が得られる。
【００６９】
なお、体積型回折素子４の波長分解能４Ｒがよくない場合、すなわち幅が広い場合、複数の半導体レーザ１の縦モード１Ｍが波長分解能４Ｒ内に包含され得る。この場合、複数の外部共振器の縦モードＥＭによるマルチモードの発振が発生しやすくなる。
【００７０】
体積型回折素子４の波長λにおける波長分解能４Ｒの半値全幅Δλは、上述した厚み寸法Ｄ（図４）および屈折率ｎによって以下のように表される。
【００７１】
Δλ＝０．８８６λ2／２ｎＤ
たとえば、ピッチΛ（図５）＝１３５ｎｍの体積型回折素子４により波長λ＝４０５ｎｍにおいて波長分解能として半値全幅Δλ＝０．１ｎｍを得るためには、厚み寸法Ｄは約０．５ｍｍとなる。
【００７２】
次に本実施の形態のレーザ光源装置からの出力光の波長を変化させる方法について、主に図６を用いて説明する。
【００７３】
主に図６を参照して、伸縮素子６Ａ，６Ｂのそれぞれの一端面６Ａｔ，６Ｂｔが、同一の基板５に固定されている。また、伸縮素子６Ａ，６Ｂのそれぞれの他端面６Ａｂ，６Ｂｂが、フレーム３（図２）の駆動部支持部３Ａ，３Ｂの各々に固定されている。よって、伸縮素子６Ａ，６Ｂが同時に変位量Δｘだけ伸縮されることにより、フレーム３に対して基板５が変位量Δｘだけ変位する。
【００７４】
また、体積型回折素子４の一端面４ｔが上記の基板５に固定され、他端面４ｂがフレーム３の光学素子支持部３Ｔに固定されている。よって、基板５の変位により、体積型回折素子４の厚み方向の総寸法Ｔが変位量Δｘ分だけ伸縮される。すなわち、伸縮素子６Ａ，６Ｂのそれぞれの伸縮方向と、体積型回折素子４の伸縮方向とが同じであり、伸縮量は共に変位量Δｘに等しい。
【００７５】
この体積型回折素子４の総寸法Ｔの伸縮にともない、体積型回折素子４の周期構造を有する領域の厚み寸法Ｄ（図４）も伸縮され、ピッチΛ（図５）も伸縮される。よって、式２に従ってλ0が変化する。すなわち、半導体レーザ１に帰還する光の波長が変化する。これにより、レーザ光源装置の出力光の波長が変化する。
【００７６】
なお、伸縮素子６Ａ，６Ｂが圧電素子の場合、電圧制御により発振波長を制御することが可能になる。また、圧電素子を積層型とすれば、体積型回折素子４を変形させるのに必要な力を十分発生することができる。よって、伸縮の量を電圧にほぼ比例させることができる。たとえば、体積型回折素子４の総厚み寸法Ｔ＝０．５ｍｍ、波長λ0＝４０５ｎｍ、波長可変範囲±２ｎｍの場合、必要な厚み方向の変位量は４μｍとなる。この変位量は現在市販されている素子で十分実現できる。
【００７７】
図８は、本発明の実施の形態１の変形例におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す鳥瞰図である。図８を参照して、本変形例では、４つの伸縮素子６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを体積型回折素子４の周囲に４つ配置している。伸縮素子６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを体積型回折素子４の周囲にバランスよく配置することによって、体積型回折素子４の変形に伴う不均一な形状のゆがみを抑制することができる。これにより精確な波長制御が可能になるほか、出力ビームの収差低減が図れるため、特性のよいレーザ光源装置を実現することができる。
【００７８】
なお、図８においては図示されていないが、伸縮素子６Ｃ，６Ｄのそれぞれの基板５と反対側の端面は、伸縮素子６Ａ，６Ｂと同様にフレーム３（図２）に固定されている。
【００７９】
本実施の形態のレーザ光源装置によれば、図６に示すように、出力光である透過光ＬＴの波長λ0を、伸縮素子６Ａ，６Ｂの伸縮による変位量Δｘにより変化させることができる。このため、体積型回折素子４などを回転させるための複雑な機構や、回転に必要な広いスペースを確保することなしに、波長を変化させることができる。すなわち、波長選択時の駆動スペースを小さくすることができ、レーザ光源装置を小型化することができる。
【００８０】
また、上記のように波長選択のために体積型回折素子４などを回転させる必要がないため、出力光である透過光ＬＴの光軸を一定に保つことができる。このため、光軸補正のための機構を設ける必要がないため、レーザ光源装置を小型化することができる。
【００８１】
また、外部共振器はリトロー型である。これにより、光の利用効率および出力パワーを高め、かつ発振閾値を抑えることができる。
【００８２】
また、波長選択が体積型回折素子４に対する機械的な張力印加により行なわれる。すなわち、体積型回折素子４の温度を変化させる必要がない。このため、波長変更時に温度を安定化させるための時間を要しない。また、波長がレーザ光源装置内部および周辺の温度などにあまり影響されない。
【００８３】
また、半導体レーザ１から出射された光が、コリメートレンズ２により平行光線とされる。これにより、体積型回折素子４に入射する光が平行光となる。よって、体積型回折素子４の透過光ＬＴも平行光線とすることができる。つまり、出力光として平行光線を得ることができる。
【００８４】
また、図４に示すように、体積型回折素子４が厚み方向（図中縦方向）に屈折率が周期的に変化する領域を有している。これにより、この周期の数を増すことにより、波長分解能を高めることができる。よって、通常の回折格子が用いられた場合のように波長分解能を高めるために回折格子に入射される光のビームスポット径を大きくする必要がない。
【００８５】
また、体積型回折素子４に入射する光の光軸と、体積型回折素子４の厚み方向とが同じである。これにより、光の光軸と、体積型回折素子４の屈折率が周期的に変化する方向とを同じにすることができる。
【００８６】
また、図６に示すように、体積型回折素子４が伸縮する方向と、体積型回折素子４に入射される光の光軸方向とが同じである。これにより、体積型回折素子４に入射する光の光軸方向に沿って体積型回折素子４の周期構造を変化させることができる。
【００８７】
また、体積型回折素子４は、たとえば樹脂により形成されている。この場合、体積型回折素子４を容易に伸縮させることができる。よって、伸縮素子６Ａ，６Ｂに必要とされる発生力を小さくすることができる。
【００８８】
また、好ましくは、半導体レーザ１の端部において、出射される光が半導体レーザ１の内部に向かって反射される割合がなるべく低くされている。この割合は、たとえば１％以下とされている。これにより、半導体レーザ１自身の発振閾値が高められて半導体レーザ１単独での発振が抑制される。よって、半導体レーザ１を高出力状態とした際に発生しやすい半導体レーザ１単独での発振が抑制され、レーザ光源装置を安定的に高出力動作させることができる。
【００８９】
また、伸縮素子６Ａ，６Ｂにより体積型回折素子４の伸縮が行なわれる。これにより、伸縮素子６Ａ，６Ｂの伸縮変位をそのまま利用して、体積型回折素子４を伸縮させることができる。
【００９０】
また、図１に示すように、２つの伸縮素子６Ａ，６Ｂが体積型回折素子４に対して対称的に配置されている。これにより、伸縮素子６Ａ，６Ｂによる作用を体積型回折素子４に対してバランスよく与えることができる。よって、体積型回折素子４全体が、より均質に伸縮することができる。さらに好ましくは、図８に示すように４つの伸縮素子６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが体積型回折素子４に対して対称的に配置されて、よりバランスよく体積型回折素子４に力が加えられる。
【００９１】
また、図１に示すように、伸縮素子６Ａ，６Ｂのそれぞれの伸縮方向（図中矢印方向）と、体積型回折素子４の伸縮方向とが同じである。これにより、伸縮素子６Ａ，６Ｂのそれぞれの伸縮量と同じだけ体積型回折素子４の総寸法Ｔ（図４）を変化させることができる。
【００９２】
また、好ましくは、伸縮素子６Ａ，６Ｂは積層型の圧電素子である。圧電素子であることにより、応答性の高い伸縮動作を行なうことができる。よって、高速な波長可変機能が得られる。また、電圧が変化されることで容易に伸縮素子６Ａ，６Ｂの伸縮量を制御することができる。また、積層型であることにより伸縮素子６Ａ、６Ｂの発生力が大きくなり、体積型回折素子４の伸縮の量を電圧にほぼ比例させることができる。
【００９３】
また、図６に示すように、伸縮素子６Ａ、６Ｂのそれぞれの一端面６Ａｔ，６Ｂｔと、体積型回折素子４の一端面４ｔとが、一の基板５に固定されている。これにより、伸縮素子６Ａ、６Ｂの一端面６Ａｔ，６Ｂｔと、体積型回折素子４の一端面４ｔとの変位を連動させることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態においてはフレーム３が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。フレーム３に限らず、伸縮素子６Ａ、６Ｂの他端面６Ａｂ，６Ｂｂおよび体積型回折素子４の他端面４ｂの互いの相対位置を固定する機能を有する部材を用いることができる。たとえば、レーザ光源装置のハウジングに、伸縮素子６Ａ，６Ｂおよび体積型回折素子４の支持部が設けられてもよい。
【００９５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成の概略について、主に図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００９６】
主に図９を参照して、伸縮素子６Ａ，６Ｂおよび体積型回折素子４のそれぞれの半導体レーザ１側の端面６Ａｔ，６Ｂｔ，４ｔが、基板５に固定されている。また、半導体レーザ１と体積型回折素子４との間には、半導体レーザ１から出射された光を平行光にするコリメータ（たとえば図６のコリメートレンズ２）がない。そして、半導体レーザ１と体積型回折素子４の一端面４ｔとが基板５を介して接近するように配置されている。
【００９７】
なお、これ以外の構成は、上述した実施の形態１のレーザ光源装置とほぼ同様であるため、同一または対応の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
本実施の形態のレーザ光源装置によれば、図９に示すように、半導体レーザ１と体積型回折素子４との間に、コリメータがない。これにより、半導体レーザ１と体積型回折素子４とを、より近づけることができる。よって、レーザ光源装置をより小型化することができる。
【００９９】
また、伸縮素子６Ａ，６Ｂおよび体積型回折素子４のそれぞれの半導体レーザ１側の端面６Ａｔ，６Ｂｔ，４ｔが、基板５に固定されている。これにより、伸縮素子６Ａ，６Ｂおよび体積型回折素子４が、基板５を隔てて半導体レーザ１と反対側に設けられている。これにより、伸縮素子６Ａ，６Ｂに阻害されずに半導体レーザ１を基板５に近づけ、半導体レーザ１と体積型回折素子４とを、より近づけることができる。よって、レーザ光源装置をより小型化することができる。
【０１００】
また、上記のように半導体レーザ１と体積型回折素子４とが近づけられて配置された場合、体積型回折素子４に入射される光のスポット径が小さくなる。よって、体積型回折素子４を小さくすることができ、体積型回折素子４を伸縮させるのに必要な力も小さくすることができる。よって、伸縮素子６Ａ，６Ｂの断面積を小さくすることができ、レーザ光源装置をより小型化することができる。また、伸縮素子６Ａ，６Ｂの低コスト化を図ることができる。
【０１０１】
また、上記のように半導体レーザ１と体積型回折素子４とが近づけられて配置されることにより、体積型回折素子４からの反射光のうち半導体レーザ１の活性層へ帰還できる光量をより高めることができる。よって、体積型回折素子４と半導体レーザ１との間にコリメータが設けられていなくても、半導体レーザ１の発振に必要な帰還光量を確保することができる。
【０１０２】
今回開示された各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を意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、発振波長が可変のレーザ光源装置に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す鳥瞰図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置のフレームの構成を概略的に示す鳥瞰図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置の体積型回折素子の構成を概略的に示す鳥瞰図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における概略的な断面図である。
【図５】図４のＣ領域の概略的な拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置がシングルモード発振する原理の模式的な説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１の変形例におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す鳥瞰図である。
【図９】本発明の実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】従来のレーザ光源装置の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  半導体レーザ、２  コリメートレンズ、３Ａ，３Ｂ  駆動部支持部、３Ｍ  連結部、３Ｔ  光学素子支持部、４  体積型回折素子、５  基板、６Ａ，６Ｂ  伸縮素子。
【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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