(57)【要約】【課題】小型かつ低コストな波長判定装置、および、その波長判定装置を備えるレーザ装置を提供する。【解決手段】波長判定装置は、光学素子２２と、干渉光を検出する光検出器２３とを備える。光学素子２２は、入射光を反射させる第１の反射部（反射部１２）および第２の反射部（裏面２Ｅ）を含み、かつ、第１の反射部からの反射光と第２の反射部からの反射光とを干渉させて干渉光を生じさせる。反射部１２は、裏面２Ｅからの距離が互いに異なる複数の反射面（表面２Ａ〜２Ｄ）を有する。表面２Ａ〜２Ｄの各々は裏面２Ｅと平行である。光学素子２２を形成する際に、構成部材を少なくすることが可能になるとともに、表面２Ａ〜２Ｄおよび裏面２Ｅを容易に形成することが可能になる。【選択図】図３
2008177470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を反射させる第１および第２の反射部を含み、前記第１の反射部からの反射光と前記第２の反射部からの反射光とを干渉させて干渉光を生じさせる光学素子を備え、
前記第１の反射部は、前記第２の反射部からの距離が互いに異なる複数の反射面を有し、
前記干渉光を検出する光検出器と、
前記光検出器の検出結果に基づいて、前記入射光の波長を判定する判定部とをさらに備える、波長判定装置。
【請求項２】
前記第２の反射部は、平面状に形成され、
前記複数の反射面の各々は、前記第２の反射部に平行である、請求項１に記載の波長判定装置。
【請求項３】
前記光学素子は、平行な２つの表面を有する基板を含み、
前記第１の反射部は、前記２つの表面の一方に、複数の平板を重ねることにより形成される、請求項２に記載の波長判定装置。
【請求項４】
前記第１の反射部は、平行な２つの表面を有する基板をエッチングすることにより形成される、請求項２に記載の波長判定装置。
【請求項５】
前記光学素子は、平行な２つの表面を有する基板を含み、
前記第１の反射部は、前記２つの表面の一方に、複数の薄膜を積層することにより形成される、請求項２に記載の波長判定装置。
【請求項６】
前記複数の反射面に垂直な方向から見た場合には、前記複数の反射面は、任意の二次元形状を形成し、
前記光検出器は、
前記複数の反射面に対応してそれぞれ設けられ、対応する反射面からの反射光を受ける複数の受光素子を含む、請求項１に記載の波長判定装置。
【請求項７】
ｍを整数とすると、前記複数の反射面のうちの第１の反射面と前記第２の反射部との光路差は、前記複数の反射面のうちの第２の反射面と前記第２の反射部との光路差に対して、前記入射光の波長のｍ／４倍だけ異なる、請求項１に記載の波長判定装置。
【請求項８】
前記複数の反射面は、第１から第４の反射面を含み、
前記光検出器は、
前記第１から第４の反射面に対応してそれぞれ設けられ、対応する反射面からの反射光を受ける第１から第４の受光素子を含み、
前記判定部は、前記第１から第４の受光素子からそれぞれ出力される第１から第４の信号のうち、強度が最も大きい信号に基づいて、前記入射光の波長を判定する、請求項７に記載の波長判定装置。
【請求項９】
前記光検出器は、
前記複数の反射面に対応してそれぞれ設けられ、対応する反射面からの反射光を受ける複数の受光素子を含み、
前記判定部は、前記複数の受光素子からそれぞれ出力される複数の信号のうち、強度が最も大きい信号と、前記干渉光の強度のピーク値の半値との差分に基づいて、前記入射光の波長を判定する、請求項７に記載の波長判定装置。
【請求項１０】
前記複数の反射面の個数は、２または３である、請求項９に記載の波長判定装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の波長判定装置と、
前記入射光を発生させるレーザ光源とを備える、レーザ装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源は、外部共振器型半導体レーザである、請求項１１に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長判定装置、および、レーザ装置に関し、より特定的には、外部共振型レーザ装置の発振モードを安定化するための波長判定装置、および、その波長判定装置を備えるレーザ装置に関する。
【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（データが重畳された）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。
【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）レーザ等のように、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。しかしながら、レーザダイオードを含む外部共振型レーザを構成すれば、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。このため、小型・省電力であるブルーレーザダイオードを用いた外部共振器型半導体レーザもホログラム光源として利用できるようになる。
【０００６】
レーザ光をホログラム記録に用いる時に重要なことは波長の再現性である。ホログラム記録媒体の温度変化による体積変化に合わせて、最適な波長で情報記録および再生を行なうことが可能であることが好ましい。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。
【０００７】
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。
【０００８】
レーザダイオードに戻るレーザビームにより、レーザダイオードと反射型回折格子とを含む外部共振器レーザが構成される。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。
【０００９】
このような光源の波長を判定する手段がたとえば特開２００５−３４０７８３号公報（特許文献１）に開示される。特開２００５−３４０７８３号公報では、簡単な構造で波長を判定することが可能な波長判定装置、およびその波長判定装置による波長判定方法を開示する。
【００１０】
図１６は、特開２００５−３４０７８３号公報に開示される波長判定装置の構成を説明する図である。図１６を参照して、レーザ装置１５０は、外部共振器型半導体レーザ１１０と、外部共振器型半導体レーザ１１０の発振波長を判定する波長判定装置１２０とを含む。波長判定装置１２０は、ビームスプリッタ１２１と、オプティカルウェッジ１２２と、光検出器１２３と、レーザ制御部１３０とを含む。レーザ制御部１３０は、光検出器１２３の出力に基づき外部共振器型半導体レーザ１１０の発振波長を判定して、発振波長を制御する。
【００１１】
図１７は、図１６に示す外部共振器型半導体レーザ１１０の構成を説明する図である。図１７を参照して、外部共振器型半導体レーザ１１０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４０５ｎｍ程度のブルーのレーザ光を発光する。
【００１２】
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。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。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４０５ｎｍ）の１次光Ｌ１ｋだけ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のモードはシングルモードになる。
【００１３】
図１８は、図１６の外部共振器型半導体レーザ１１０から出力されるレーザ光のパワーと波長との関係を示す図である。図１８において、グラフの横軸はレーザパワー（単位：ｍＷ）を示し、グラフの縦軸は波長（単位：ｎｍ）を示す。図１８のグラフは、レーザパワーが増加するのに伴いレーザ光の波長が概ねノコギリ状に変化することを示す。
【００１４】
外部共振器型半導体レーザ１１０では、レーザパワーの増加に伴って出射されたレーザ光の波長が徐々に大きくなる外部共振器モードホップの領域と、レーザパワーが増加した場合にレーザ光の波長が急激に小さくなるモードホップの領域（半導体レーザ内のレーザチップによるモードホップの領域）とが存在する。２つのモードホップ領域が併存することで、レーザ光の波長は、レーザパワーの増加にともない、ある程度離散的に推移する。
【００１５】
レーザチップによるモードホップは０．０４ｎｍ程度となるので、良好なホログラム記録が不可能となる。レーザチップによるモードホップが生じた状態は「マルチモード」あるいは、「使用不可モード」とも呼ばれる。レーザ装置１５０では、この「使用不可モード」で外部共振器型半導体レーザ１１０が発振しているか否かを検知する必要がある。さらにレーザ装置１５０では、レーザチップによるモードホップ領域を効果的に排除できるよう外部共振器型半導体レーザ１１０の発振波長を制御して発振波長を安定化させる必要がある。
【００１６】
波長判定装置１２０では、外部共振器型半導体レーザ１１０の出射光の一部を受光するオプティカルウェッジ１２２を用いて、波長変化に対し縞が移動する干渉縞パターンを光検出器１２３上に生成することにより発振波長判定を行なっている。
【００１７】
図１９は、光検出器１２３の配置を詳細に説明する図である。図１９において、レーザ光の波長が４０５ｎｍ，４０５．０４ｎｍの場合の干渉縞の強度分布をそれぞれＰ４０５，Ｐ４０５．０４で表わす。図１９に示すように、光検出器１２３は、各々が少なくとも２つの受光位置で光を検出する受光素子１２３Ｄ，１２３Ｅを含む。受光素子１２３Ｄは検出信号ＤＡ，ＤＢを出力し、受光素子１２３Ｅは検出信号ＥＡ，ＥＢを出力する。波長判定時には検出信号ＤＡ，ＤＢの差分値（ＤＡ−ＤＢ）および検出信号ＥＡ，ＥＢの差分値（ＥＡ−ＥＢ）が求められ、これらの差分値に基づいてレーザ光の波長の判定が行なわれる。
【００１８】
例えば、図１９に示すように、波長４０５ｎｍの光と波長４０５．０４ｎｍの光とでは位相が互いに逆になる。波長４０５ｎｍの光と波長４０５．０４ｎｍの光とが混在する状態では光強度が平均化されることより干渉縞ははっきりと現れない。このような状態では検出信号の差分値である（ＤＡ−ＤＢ）および（ＥＡ−ＥＢ）はほぼ０となる。
【００１９】
一方、受光素子の配置によるものの、外部共振器型半導体レーザが出射する光の波長範囲（波長４０５ｎｍと波長４０５．０４ｎｍとの間）の中に検出信号の差分値がほぼ０となる波長が存在する可能性がある。このため、検出信号の差分値が０になった場合には、その理由がレーザ光の波長変化により干渉縞が移動したためか、逆相のレーザ光の混在によりコントラストが低下したためかを判別できないことが起こり得る。
【００２０】
このような問題点を解決するため、従来の波長検出装置は、各々が、少なくとも２つの受光位置で光を検出する複数の受光素子を備える。複数の受光素子の各々では、２つの受光位置の間隔が反射光の強度変化の周期の１／４以下となるように設定される。また、受光素子ごとに２つの検出信号の差分値が異なるように、複数の受光素子が配置される。
【００２１】
特開２００６−１０４９９号公報（特許文献２）は、干渉縞を生成する反射手段の構成例を開示する。図２０は、特開２００６−１０４９９号公報に開示される反射手段の構成を説明する図である。図２０を参照して、反射手段は傾けて重ねられた２枚のガラス１４０により構成される。この反射手段はいわばオプティカルウェッジの代用品である。
【特許文献１】特開２００５−３４０７８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１０４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
図１６から図２０に示す従来例では、オプティカルウェッジの反射光を検出する少なくとも２つの２分割ディテクタを用いて波長判定が行なわれる。２つの検出信号の差分値が各２分割ディテクタで異なるように設定するためには、オプティカルウェッジのウェッジ角度の公差を厳しく制限する必要がある。この理由は干渉縞の周期がオプティカルウェッジのウェッジ角度の公差により影響を受けるためである。
【００２３】
たとえば２つの２分割ディテクタの間隔を光強度変化の周期の１／４に設定する場合について考える。光検出器の受光面積を大きくするとともに受光位置の間隔を大きくする（言い換えると干渉縞の周期を大きくする）必要があるために、たとえば周期を１２４μｍに設定しなければならないとする。この場合には必要なウェッジ角度は０．０５°となる。１０％の周期誤差を許容した場合にはウェッジ角度の公差が±０．００５°と極めて小さくなるので、このような仕様を満たすオプティカルウェッジを製作することが困難になるという問題がある。
【００２４】
あるいは、ウェッジ角度公差は大きくても良いが干渉縞の周期の変化に合わせて２分割ディテクタの形状を調整したり、配置の際の位置を調整したりするという方法が考えられる。しかし、この方法の場合には調整工程が複雑となるという問題がある。
【００２５】
また、特開２００６−１０４９９号公報では、２枚のガラスを傾けて重ねたものをオプティカルウェッジの代用として用いる案が提案されている。しかしながら２枚のガラスの角度を高精度で調整する必要があるため、製作が困難となる。また、経時変化により２枚のガラスの間隔や傾きが変化する可能性が高いため、信頼性が低くなるという問題がある。
【００２６】
本発明は上記課題の解決を目的としてなされたものであり、その目的は、小型かつ低コストな波長判定装置、および、その波長判定装置を備えるレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は要約すれば、波長判定装置であって、光学素子を備える。光学素子は、入射光を反射させる第１および第２の反射部を含み、第１の反射部からの反射光と第２の反射部からの反射光とを干渉させて干渉光を生じさせる。第１の反射部は、第２の反射部からの距離が互いに異なる複数の反射面を有する。波長判定装置は、干渉光を検出する光検出器と、光検出器の検出結果に基づいて、入射光の波長を判定する判定部とをさらに備える。
【００２８】
好ましくは、第２の反射部は、平面状に形成される。複数の反射面の各々は、第２の反射部に平行である。
【００２９】
より好ましくは、光学素子は、平行な２つの表面を有する基板を含む。第１の反射部は、２つの表面の一方に、複数の平板を重ねることにより形成される。
【００３０】
より好ましくは、第１の反射部は、平行な２つの表面を有する基板をエッチングすることにより形成される。
【００３１】
より好ましくは、光学素子は、平行な２つの表面を有する基板を含む。第１の反射部は、２つの表面の一方に、複数の薄膜を積層することにより形成される。
【００３２】
好ましくは、複数の反射面に垂直な方向から見た場合には、複数の反射面は、任意の二次元形状を形成する。光検出器は、複数の反射面に対応してそれぞれ設けられ、対応する反射面からの反射光を受ける複数の受光素子を含む。
【００３３】
好ましくは、ｍを整数とすると、複数の反射面のうちの第１の反射面と第２の反射部との光路差は、複数の反射面のうちの第２の反射面と第２の反射部との光路差に対して、入射光の波長のｍ／４倍だけ異なる。
【００３４】
より好ましくは、複数の反射面は、第１から第４の反射面を含む。光検出器は、第１から第４の反射面に対応してそれぞれ設けられ、対応する反射面からの反射光を受ける第１から第４の受光素子を含む。判定部は、第１から第４の受光素子からそれぞれ出力される第１から第４の信号のうち、強度が最も大きい信号に基づいて、入射光の波長を判定する。
【００３５】
より好ましくは、光検出器は、複数の反射面に対応してそれぞれ設けられ、対応する反射面からの反射光を受ける複数の受光素子を含む。判定部は、複数の受光素子からそれぞれ出力される複数の信号のうち、強度が最も大きい信号と、干渉光の強度のピーク値の半値との差分に基づいて、入射光の波長を判定する。
【００３６】
さらに好ましくは、複数の反射面の個数は、２または３である。
本発明の他の局面に従うと、レーザ装置であって、上述のいずれかに記載の波長判定装置と、入射光を発生させるレーザ光源とを備える。
【００３７】
好ましくは、レーザ光源は、外部共振器型半導体レーザである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、小型かつ低コストな波長判定装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下において、本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。
【００４０】
［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態によるレーザ装置５０の概略的な構成を示す図である。図１を参照して、レーザ装置５０は、外部共振器型半導体レーザ１０と、波長判定装置２０と、レーザ制御部３０とを含む。
【００４１】
図２は、図１の外部共振器型半導体レーザ１０の構成を示す図である。図２を参照して、外部共振器型半導体レーザ１０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とを含む。
【００４２】
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、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。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Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｋのうち特定波長（たとえば４０５ｎｍ）の１次光Ｌ１ｋだけ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のモードはシングルモードになる。
【００４３】
図１に戻り、波長判定装置２０は、ハーフミラー２１と、光学素子２２と、光検出器２３と、波長判定部２４とを含む。ハーフミラー２１は外部共振器型半導体レーザ１０からの出射光（例えば４０５ｎｍ程度のブルーのレーザ光）の一部の光ＬＩを光学素子２２の方向へ反射する。外部共振器型半導体レーザ１０からの出射光のうちハーフミラー２１を透過した光ＬＴはレーザ装置５０からの出射光となる。
【００４４】
光学素子２２は光ＬＩを受けて干渉光を発生させる。干渉光は光検出器２３上の所定の位置を照射する。光検出器２３は、干渉光を検出する。波長判定部２４は光検出器２３による干渉光の検出結果に基づいて、外部共振器型半導体レーザ１０の発振波長を判定する。詳細は後述するが、外部共振器型半導体レーザ１０はシングルモードとマルチモードとのいずれかのモードで発振する。本実施の形態において「発振波長の判定」とは、発振モードがシングルモードとマルチモードとのいずれかを判定することである。
【００４５】
レーザ制御部３０は、波長判定部２４の判定結果に基づいて外部共振器型半導体レーザ１０の発振波長を制御する。
【００４６】
図３は、図１の光学素子２２の構成を詳細に示す図である。なお、図３のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、図１のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とそれぞれ同一である。図３を参照して、光学素子２２は、光を反射させる反射部１２を有する。反射部１２は、反射面である表面２Ａ〜２Ｄを有する。表面２Ａ，２Ｂは段差部２Ｆ１により接続される。同様に表面２Ｂ，２Ｃは段差部２Ｆ２により接続され、表面２Ｃ，２Ｄは段差部２Ｆ３により接続される。
【００４７】
光学素子２２は、さらに、光を反射させる反射部である裏面２Ｅを有する。表面２Ａ〜２Ｄの各々は裏面２Ｅに平行である。裏面２Ｅから表面２Ａまでの距離（厚み）はＴ１である。表面２Ａから表面２Ｂまでの距離はＴ２である。表面２Ｂから表面２Ｃまでの距離はＴ３である。表面２Ｃから表面２Ｄまでの距離はＴ４である。
【００４８】
光学素子２２に光ＬＩが入射した場合、表面２Ａ〜２Ｄ、および裏面２Ｅにおいて光ＬＩが反射する。裏面２Ｅからの反射光および表面２Ａからの反射光は光線Ａとなる。裏面２Ｅからの反射光と表面２Ａからの反射光との光路差δ１は、δ１＝Ｌｐ１−Ｌｇ１と示される。Ｌｐ１は表面２Ａを通過しかつ裏面２Ｅで反射する光が光学素子２２内を通過するときの光学的距離を表わす。Ｌｇ１は２本の光線が表面２Ａに到達したときの２本の光線の光路差を表わす。
【００４９】
同様に裏面２Ｅからの反射光および表面２Ｂからの反射光は光線Ｂとなる。裏面２Ｅからの反射光と表面２Ｂからの反射光との光路差δ２は、δ２＝Ｌｐ２−Ｌｇ２と示される。Ｌｐ２は表面２Ｂを通過しかつ裏面２Ｅで反射する光が光学素子２２内を通過するときの光学的距離を表わす。Ｌｇ２は２本の光線が表面２Ｂに到達したときの２本の光線の光路差を表わす。
【００５０】
同様に裏面２Ｅからの反射光および表面２Ｃからの反射光は光線Ｃとなる。裏面２Ｅからの反射光と表面２Ｃからの反射光との光路差δ３は、δ３＝Ｌｐ３−Ｌｇ３と示される。Ｌｐ３は表面２Ｃを通過しかつ裏面２Ｅで反射する光が光学素子２２内を通過するときの光学的距離を表わす。Ｌｇ３は２本の光線が表面２Ｃに到達したときの２本の光線の光路差を表わす。
【００５１】
同様に裏面２Ｅからの反射光および表面２Ｄからの反射光は光線Ｄとなる。裏面２Ｅからの反射光と表面２Ｄからの反射光との光路差δ４は、δ４＝Ｌｐ４−Ｌｇ４と示される。Ｌｐ４は表面２Ｄを通過しかつ裏面２Ｅで反射する光が光学素子２２内を通過するときの光学的距離を表わす。Ｌｇ４は２本の光線が表面２Ｄに到達したときの２本の光線の光路差を表わす。
【００５２】
光ＬＩの波長をλとすると、光路差δ２はδ２＝δ１＋λ／４と示される。光路差δ３はδ３＝δ１＋（２λ／４）と示される。光路差δ４はδ４＝（δ１＋３λ／４）と示される。つまり光路差δ１〜δ４のうちの任意の２つの差分は、λ／４×ｍ（ｍは整数）と示される。
【００５３】
光検出器２３は、光学素子２２の表面２Ａ〜２Ｄに対応してそれぞれ設けられる受光素子２３Ａ〜２３Ｄを含む。光線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは受光素子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄにそれぞれ落射する。
【００５４】
図４は、光学素子２２におけるレーザ光線の光路差をより詳細に説明するための図である。図４を参照して、光学素子２２には光線Ａ１，Ａ２が入射する。光線Ａ１は光学素子２２の表面２Ａで反射して光線Ａとなり、光線Ａ２は、光学素子２２の裏面２Ｅで反射してやはり光線Ａとなる。なお説明を簡単にするため、図４に示す光学素子２２では反射面は表面２Ａおよび裏面２Ｅのみであるとする。
【００５５】
光学素子２２の屈折率をｎとするとＳｎｅｌｌの法則より、以下の式（１）の関係が成り立つ。
【００５６】
ｓｉｎθ／ｓｉｎθ１＝ｎ  …（１）
一方、Ｌｇ１の長さは、以下の式（２）で表される。
【００５７】
Ｌｇ１＝２×Ｔ１×ｔａｎθ１×ｓｉｎθ  …（２）
また、光線Ａ２が光学素子２２内を通過する距離Ｌｐ０は、以下の式（３）で表される。
【００５８】
Ｌｐ０＝２×（ＬＰ０／２）＝２×（Ｔ１／ｃｏｓθ１）  …（３）
図４に示すＬｐ１はＬＰ０の光学距離であり、以下の式（４）で表される。
【００５９】
Ｌｐ１＝２×（Ｔ１／ｃｏｓθ１）×ｎ  …（４）
光路差δ１は、以下の式（５）で表わされる。
【００６０】
δ１＝Ｌｐ１−Ｌｇ１＝２×ｎ×Ｔ１／ｃｏｓθ１−２×Ｔ１×ｔａｎθ１×ｓｉｎθ＝２×Ｔ１×（ｎ／ｃｏｓθ１−ｓｉｎθ×ｔａｎθ１）  …（５）
なお、光路差δ２〜δ４についても、光路差δ１と同様に式（１）から式（５）に従って算出することができる。このときにはＴ１を（Ｔ１＋Ｔ２）、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）と置き換えればよい。
【００６１】
図５は、光学素子２２における段差部の形成方法を説明する図である。図５に示されるように、段差部の形成方法としてたとえば３つの方法を挙げることができる。
【００６２】
第１の方法では、まず互いに平行な２つの面（表面２Ｄおよび裏面２Ｅ）を有する平行平板２５を用意し、次に、表面２Ｄ側の斜線で示す部分を研磨またはエッチングする。これにより表面２Ａ〜２Ｃおよび段差部２Ｆ１〜２Ｆ３を形成する。
【００６３】
第２の方法では、まず互いに平行な２つの面（表面２Ａおよび裏面２Ｅ）を有する平行平板２５（基板）を用意し、次に、表面２Ａ側に薄膜２２Ａ〜２２Ｃを積層する。なお薄膜２２Ａ〜２２Ｃの各々は表面２Ａに平行な２面を有する。表面２Ａの面積は薄膜２２Ａの表面（表面２Ａに平行な面）より大きい。さらに、薄膜２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの順に表面（表面２Ａに平行な面）の面積が小さくなる。このように表面２Ａ側に薄膜２２Ａ〜２２Ｃを積層することで、表面２Ａ〜２Ｄおよび段差部２Ｆ１〜２Ｆ３が形成される。
【００６４】
第３の方法では、第２の方法に用いられる薄膜２２Ａ〜２２Ｃに代えて、平行な２つの面を有する板状部材２２Ｅ〜２２Ｇが用いられる。
【００６５】
第１〜第３のいずれかの方法により光学素子２２を形成した場合には、表面と裏面との距離の経時変化あるいは面の傾きの経時変化が生じにくいため、光学素子２２の信頼性を向上させることができる。また、第１の方法によれば１つの平行平板２５から光学素子２２を形成することができるため光学素子２２の構成部材を減らすことができる。
【００６６】
よって、本実施の形態によれば、光学素子２２の構成部材を減らすことができる結果、小型かつ低コストの波長判定装置を実現できる。さらに、本実施の形態によれば、レーザ装置５０は小型化かつ低コスト化が可能な波長判定装置２０を備える。よって本実施の形態によれば、小型かつ低コストな外部共振器型半導体レーザ装置を実現できる。
【００６７】
また、表面２Ａ〜２Ｄの各々は、裏面２Ｅに平行である。本実施の形態によれば第１の方法を用いて光学素子２２を作製した場合に、作製精度を向上させることができる。
【００６８】
図６は、光学素子２２の構成と比較例の構成とを説明する図である。図６を参照して、光学素子２２は平行平板を研磨して作製される。平行平板から光学素子２２を作製する場合、最終的に表面２Ａ〜２Ｄおよび裏面２Ｅを研磨して仕上げることにより平行度が高められる。光学素子２２の作製においては矢印の方向に研磨面を平行移動させるだけでよいため、比較的精度よく光学素子２２を加工することができる。
【００６９】
一方、比較例はオプティカルウェッジである。オプティカルウェッジの場合、表面２Ａが裏面２Ｅに対してわずかに傾いている。このため表面２Ａおよび裏面２Ｅを研磨して仕上げる際には、研磨面を意図的に傾ける必要がある。しかし研磨面の傾きが小さい（たとえば０．０５°）ため、研磨面の傾きの調整精度を上げることが困難となる。よって、比較例よりも本実施の形態のほうが作製時の精度を向上させることができる。
【００７０】
［波長判定方法］
図７は、光学素子２２により２つのレーザ光線が干渉した場合における、２つのレーザ光線の光路差δと干渉光の強度との関係を示す図である。図７においてグラフの横軸は光路差を示し、グラフの縦軸は干渉光の強度を示す。なおレーザ光の波長は４０５ｎｍである。干渉光の強度は光路差δに対して周期的に変化する。干渉光の強度変化の周期はレーザ光の波長４０５ｎｍに等しい。
【００７１】
本実施の形態では、図７に示す光路差δと干渉光の強度との関係に基づいて距離Ｔ１〜Ｔ４が設定される。すなわち、光路差δ１における干渉光の強度が最大値Ｍａとなるように距離Ｔ１が設定される。光路差δ２における干渉光の強度が最大値Ｍａと最小値Ｍｉとの中間値Ｍｄとなるように距離Ｔ２が設定される。光路差δ３における干渉光の強度が最小値Ｍｉとなるように距離Ｔ３が設定される。光路差δ４における干渉光の強度が中間値Ｍｄとなるように距離Ｔ４が設定される。
【００７２】
図８は、外部共振器型半導体レーザ１０の発振スペクトルを説明する図である。発振モードがシングルモードの場合、単一波長（４０５ｎｍ）のレーザ光が出射される。一方、レーザチップによるモードホップ（０．０４ｎｍ程度）が発生してマルチモードで発振しているときには波長４０５ｎｍ付近において３つのモードの光が発生するだけでなく、波長４０５．０４ｎｍ付近にも３つのモードの光が発生する。
【００７３】
図９は、外部共振器型半導体レーザのシングルモード発振時における干渉光の強度変化と光検出器２３に落射する光線の強度とを示す図である。
【００７４】
図９を参照して、外部共振器型半導体レーザ１０が波長４０５ｎｍでシングルモード発振しているときの光路差δと干渉光の強度との関係は、図７に示す光路差δと干渉光の強度との関係と同じである。この場合に受光素子２３Ａ〜２３Ｄに落射する光線Ａ〜Ｄの強度は、それぞれ最大値Ｍａ、中間値Ｍｄ、最小値Ｍｉ、中間値Ｍｄとなる。よって受光素子２３Ａが最も明るく、受光素子２３Ｃが最も暗くなる。受光素子２３Ｂ，２３Ｄの明るさは、受光素子２３Ａ，２３Ｃの明るさの中間の明るさとなる。
【００７５】
受光素子は落射する光線の強度に応じた信号を出力する。受光素子２３Ａ〜２３Ｄからは信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤがそれぞれ出力される。
【００７６】
図１０は、外部共振器型半導体レーザのマルチモード発振時における干渉光の強度変化と光検出器２３に落射する光線の強度とを示す図である。図１０を参照して、マルチモード発振時には、ほぼ逆相のレーザ光(波長４０５ｎｍ，４０５．０４ｎｍ）が混在する状態となる。この場合には各波長の干渉光強度が平均化される。このため曲線ＰＭに示されるように干渉光の強度は光路差δによらずほぼ一定の値Ｍａｖとなる。この場合、受光素子２３Ａ〜２３Ｄにそれぞれ落射する光線Ａ〜Ｄの強度はほぼ等しくなる。なおマルチモード発振時には逆相の干渉光により強度が平均化されているために値Ｍａｖはシングルモード発振時における干渉光の強度の最大値Ｍａの半分程度となる。
【００７７】
次に、信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤを用いて波長判定する方法を説明する。まず、外部共振器型半導体レーザ１０がシングルモード発振しているときの干渉光の強度の最大値Ｍａと、外部共振器型半導体レーザ１０がマルチモード発振しているときの干渉光の強度の値Ｍａｖとを予め求める。次に、求められた最大値Ｍａと値Ｍａｖとの間の適切な閾値Ｍｔｈを決定する。
【００７８】
波長判定部２４は信号値Ｓｍａｘとして信号ＳＡ〜ＳＤのうち最も強度が大きい信号の値を選択する。例えば外部共振器型半導体レーザ１０がシングルモードで発振している場合には信号値Ｓｍａｘは信号ＳＡの値となる。一方、外部共振器型半導体レーザ１０がマルチモード発振している場合、信号値Ｓｍａｘは値Ｍａｖとなる。
【００７９】
次に波長判定部２４は信号値Ｓｍａｘと閾値Ｍｔｈとを比較する。Ｓｍａｘ＞Ｍｔｈの場合には、波長判定部２４は外部共振器型半導体レーザ１０がシングルモードで発振していると判定する。Ｓｍａｘ＜Ｍｔｈの場合には、波長判定部２４は外部共振器型半導体レーザ１０がマルチモードで発振していると判定する。
【００８０】
なお、図１０のグラフに示されるように、外部共振器型半導体レーザの波長が変化した場合には、干渉光の強弱の変化がグラフの横軸方向にシフトする。図１０のグラフでは、干渉光の波長が４０５ｎｍの場合と、４０５．０４ｎｍの場合とでは、位相１８０°に相当する光路差だけ干渉光の強度変化がグラフの横軸方向にシフトする。
【００８１】
本実施の形態では、干渉光の強度変化の周期の１／４（９０°）に相当する光路差δが生じるように、光学素子２２の表面２Ａ〜２Ｄの間の段差が設定される。これにより外部共振器型半導体レーザがシングルモードで発振した場合には、図２に示す光路差δ１〜δ４の中に、干渉光の強度が最大となるときの光路差と、干渉光の強度が最小となるときの光路差と、干渉光の強度が中間となる光路差とが存在する。これによりシングルモード発振時の波長が４０５．０４ｎｍである場合にも、信号ＳＡ〜ＳＤのうちのいずれか１つは閾値Ｍｔｈよりも大きくなるので、確実に波長判定を行なうことができる。
【００８２】
以上のように、外部共振器型半導体レーザがシングルモードで発振する時には、４つの受光素子のうち最も明るくなる受光素子からの信号の値が閾値Ｍｔｈ以上となる。一方、外部共振器型半導体レーザがマルチモードで発振する時には、４つの受光素子のいずれも平均化された光量の光を受けるため、４つの受光素子の各々から出力される信号は一定の値Ｍａｖ（＜Ｍｔｈ）以上にはならない。よって本実施の形態によれば、各受光素子の出力信号の絶対値と閾値とを比較するという容易な演算により波長を判定することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態では光学素子２２に４つの表面２Ａ〜２Ｄおよび段差部２Ｆ１〜２Ｆ３を形成し、裏面２Ｅと表面２Ａ〜２Ｄの各面とにより生じる干渉光の強度を表面２Ａ〜２Ｄのそれぞれに対応する４つの受光素子で検出している。しかし光学素子の表面（および受光素子）は少なくとも２つあればよい。これにより光学素子における表面の数を少なくすることができるとともに受光素子の数も少なくすることができるので、波長判定装置のさらなる小型化および低コスト化が可能になる。
【００８４】
図１１は、光学素子２２および光検出器２３の構成の別の例を示す図である。図１１を参照して、光学素子３２は、反射部１２Ａを含む。反射部１２Ａは反射面である表面２Ａ，２Ｂを含む。表面２Ａ，２Ｂは段差部２Ｆ１により接続される。光学素子３２は、さらに、反射部である裏面２Ｅを含む。光検出器３３は表面２Ａ，２Ｂにそれぞれ対応して設けられる２つの受光素子２３Ａ，２３Ｂを含む。
【００８５】
図１２は、光学素子２２および光検出器２３の構成のさらに別の例を示す図である。図１２を参照して、光学素子３２Ａは、反射部１２Ｂを含む。反射部１２Ｂは反射面である表面２Ａ，２Ｂ，２Ｃを含む。表面２Ａ，２Ｂは段差部２Ｆ１により接続される。表面２Ｂ，２Ｃは段差部２Ｆ２により接続される。光学素子３２Ａは、さらに、反射部である裏面２Ｅを含む。光検出器３３Ａは表面２Ａ〜２Ｃにそれぞれ対応して設けられる３つの受光素子２３Ａ〜２３Ｃを含む。なお、図が煩雑になるのを防ぐため、図１１および図１２では裏面２Ｅからの反射光は示していない。
【００８６】
図１１および図１２に示すように、光学素子の一方側の反射面の数が２つあるいは３つの場合には、レーザ光の波長によってはどの受光素子の出力も閾値Ｍｔｈよりも大きくならない可能性がある。
【００８７】
図１３は、図１２に示す光学素子３２Ａを用いた場合における光路差δと干渉光の強度との関係を示す図である。図１３を参照して、外部共振器型半導体レーザ１０はシングルモードで発振しているが、光路差がδ１〜δ３のいずれの場合にも干渉光の強度は閾値Ｍｔｈよりも小さくなる。
【００８８】
このような場合における波長判定方法は、以下のように実行される。まず、干渉光強度の最大値Ｍａを予め求める。次に、受光素子からの信号の値とＭａ／２との差分の絶対値を波長判定用の数値Ｘに設定する。
【００８９】
外部共振器型半導体レーザがマルチモードで発振する時には数値Ｘはほぼ０となる。一方、外部共振器型半導体レーザ１０がシングルモードで発振している時には、３つの受光素子からそれぞれ出力される３つの信号のいずれかが、数値Ｘを一定値以上とする。よって、受光素子の数が３つの場合にも数値Ｘの閾値を予め設定しておき、波長判定部２４がその閾値と数値Ｘとを比較することで波長判定が可能になる。波長判定部２４は数値Ｘが閾値より大きければ、外部共振器型半導体レーザ１０がシングルモードで発振していると判定し、数値Ｘが閾値より小さければ外部共振器型半導体レーザ１０がマルチモードで発振していると判定する。
【００９０】
なお、光学素子において複数の段差部により接続された反射面の数を５以上の整数ｎとし、反射面の数に対応するｎ個の受光素子を配置する場合には、干渉光の強度変化の１周期に相当する光路差δｔをｎ等分したδｔ／ｎの光路差が生じるように、段差部の高さを設定する。この場合の波長判定方法は受光素子の数が４つの場合と同様である。反射面の数および受光素子の数が多いほど、干渉光の強度変化の１周期内で細かく干渉光の強度を観測することができるので、より精度の高い波長判定が可能となる。
【００９１】
また、本実施の形態において受光素子の種類は特に限定されず、たとえばフォトディテクタやＣＣＤ等を用いて波長検出を行なうことができる。
【００９２】
図１４は、本実施の形態のレーザ装置の他の構成例を説明する図である。図１４および図１を参照して、レーザ装置５０Ａは、波長判定装置２０に代えて波長判定装置２０Ａを含む点でレーザ装置５０と異なる。波長判定装置２０Ａは、光学素子２２に代えて光学素子４２Ａを含む点で波長判定装置２０と異なる。
【００９３】
光学素子４２Ａの裏面２ＥＡの反射率は光学素子２２の裏面２Ｅよりも低い。外部共振器型半導体レーザ１０からのレーザ光は光学素子４２Ａに直接入射し、その一部が裏面２ＥＡを透過して光ＬＴ（出射光）となる。
【００９４】
図１５は、本実施の形態の光学素子の他の例を説明する図である。図１５を参照して、光学素子４２Ｂは、表面２Ａ〜２Ｄが２次元方向に配置された反射部１２Ｃを含む。図１５に示す「Ｙ方向」および「Ｘ方向」は図１に示す「Ｙ方向」および「Ｘ方向」とそれぞれ同じ方向である。光学素子２２では一方向に沿っていわば階段状に表面２Ａ〜２Ｄが配置される。光学素子４２では位相が異なる干渉光が２次元に広がって生じる。本実施の形態では表面２Ａ〜２Ｄの面積、形状は任意であり、表面２Ａ〜２Ｄが任意の２次元形状を形成するように表面２Ａ〜２Ｄが配置される。これにより受光素子の配置の自由度を高めることができる。また、受光素子の配置位置の公差を大きくすることができる。
【００９５】
また本実施の形態では波長判定装置を外部共振器型半導体レーザの波長判定に用いる例を示した。しかし本発明の波長判定装置は、外部共振器型半導体レーザの波長判定に用いるものと限定されず、発振モードとしてシングル発振モードとマルチ発振モードとを有するレーザ光源の波長判定に用いることが可能である。このようなレーザ光源としては、たとえばＤＦＢ（Distributed Feed Back）レーザや、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レーザのような、光導波路内に回折格子を形成した半導体レーザがある。
【００９６】
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】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態によるレーザ装置５０の概略的な構成を示す図である。
【図２】図１の外部共振器型半導体レーザ１０の構成を示す図である。
【図３】図１の光学素子２２の構成を詳細に示す図である。
【図４】光学素子２２におけるレーザ光線の光路差をより詳細に説明するための図である。
【図５】光学素子２２における段差部の形成方法を説明する図である。
【図６】光学素子２２の構成と比較例の構成とを説明する図である。
【図７】光学素子２２により２つのレーザ光線が干渉した場合における、２つのレーザ光線の光路差δと干渉光の強度との関係を示す図である。
【図８】外部共振器型半導体レーザ１０の発振スペクトルを説明する図である。
【図９】外部共振器型半導体レーザのシングルモード発振時における干渉光の強度変化と光検出器２３に落射する光線の強度とを示す図である。
【図１０】外部共振器型半導体レーザのマルチモード発振時における干渉光の強度変化と光検出器２３に落射する光線の強度とを示す図である。
【図１１】光学素子２２および光検出器２３の構成の別の例を示す図である。
【図１２】光学素子２２および光検出器２３の構成のさらに別の例を示す図である。
【図１３】図１２に示す光学素子３２Ａを用いた場合における光路差δと干渉光の強度との関係を示す図である。
【図１４】本実施の形態のレーザ装置の他の構成例を説明する図である。
【図１５】本実施の形態の光学素子の他の例を説明する図である。
【図１６】特開２００５−３４０７８３号公報に開示される波長判定装置の構成を説明する図である。
【図１７】図１６に示す外部共振器型半導体レーザ１１０の構成を説明する図である。
【図１８】図１６の外部共振器型半導体レーザ１１０から出力されるレーザ光のパワーと波長との関係を示す図である。
【図１９】光検出器１２３の配置を詳細に説明する図である。
【図２０】特開２００６−１０４９９号公報に開示される反射手段の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１，１０１  レーザダイオード、２，１０２  コリメートレンズ、２Ａ〜２Ｄ  表面、２Ｅ，２ＥＡ  裏面、２Ｆ１〜２Ｆ３  段差部、３，１０３  回折格子、１０，１１０  外部共振器型半導体レーザ、１２，１２Ａ〜１２Ｃ  反射部、２０，２０Ａ，１２０  波長判定装置、２１  ハーフミラー、２２，３２，３２Ａ，４２，４２Ａ，４２Ｂ  光学素子、２２Ａ〜２２Ｃ  薄膜、２２Ｅ〜２２Ｇ  板状部材、２３，３３，３３Ａ，１２３  光検出器、２３Ａ〜２３Ｄ，１２３Ｄ，１２３Ｅ  受光素子、２４  波長判定部、２５  平行平板、３０，１３０  レーザ制御部、５０，５０Ａ，１５０  レーザ装置、１２１  ビームスプリッタ、１２２  オプティカルウェッジ、１４０  ガラス、Ａ〜Ｄ，Ａ１，Ａ２  光線、Ｌ０  ０次光、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｋ  １次光、Ｌｐ０，Ｔ１〜Ｔ４  距離、δ，δ１〜δ４，δｔ  光路差。
【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】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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