(57)【要約】【課題】物理的距離ではなく光学的な距離に換算して光路長を可変させることにより、光軸ずれを起こすことなく高分解能で更には偏波依存による変動のない光路長可変装置を提供する。【解決手段】平行光路１５内にその光軸１５ａに対して垂直方向に第１の組２０の２個のプリズム１１、１２とこの組プリズム間に挿入する第２の組２１の２個のプリズム１３、１４を配置し、相対的にスライドさせることで光路長を変化させる。【選択図】図１
2004311818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部を挟んで第１プリズム面と第２プリズム面とを有し、前記第１プリズム面を平行光の光軸を横切って光軸に垂直に配置し前記第２プリズム面を平行光を横切って前記光軸に垂直な面から傾斜して配置してなる第１、第２、第３および第４の４個のプリズムからなり、
前記第１のプリズムと第２のプリズムは前記第１プリズム面が対面するように間隙を設けて相互に固定配置されて第１の組プリズムを形成し、
前記第３のプリズムと前記第４のプリズムは第２の組プリズムを形成し、各頂部が前記第１および第２のプリズムの頂部と前記光行路に関して対向する側に配置され前記第３のプリズムの第１プリズム面が前記第１プリズムの前記第１プリズム面に平行して対向配置され、前記第４のプリズムの第１プリズム面が前記第２プリズムの前記第１プリズム面に平行して対向配置され、
前記第１の組プリズムと前記第２の組プリズムとが前記平行光の光軸を横切る方向に相対的に移動可能にされていることを特徴とする光路長可変装置。
【請求項２】
前記第２の組プリズムが前記光軸に対して垂直な方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の光路長可変装置。
【請求項３】
前記第３のプリズムの第２プリズム面と前記第４のプリズムの第２プリズム面が向かい合っており、この間の光路が前記第１のプリズムに入出射する平行光の光軸と平行である請求項１記載の光路長可変装置。
【請求項４】
前記４個のプリズムが同一屈折率と同一プリズム角を有するものである請求項３記載の光路長可変装置。
【請求項５】
前記第３および第４のプリズムの屈折率および第２プリズム面の光軸に対する傾斜角が前記第１および第２のプリズムの屈折率および第２プリズム面の光軸に対する傾斜角と異なるものである請求項１記載の光路長可変装置。
【請求項６】
対向して設けられた一対のレーザーミラーと、前記レーザーミラー間に配置されたレーザー発振器および請求項１の光路長可変装置とを具備することを特徴とするレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測などに利用される光路長可変装置およびレーザー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光路長可変装置としてはコリメータ光学系等で直接コリメートレンズ間の距離を可変させたり、図４（Ａ），（Ｂ）のように１枚の平行平板の光学ガラス板またはプリズム５１、または２枚の平行平板の光学ガラス板またはプリズム５２、５３を平行光５０の光軸（直進路）５０ａに対して傾斜させることで光路長を可変させている。また、よく知られている波長可変レーザー光源の共振器長可変機構としては共振器を構成する一対の反射ミラーの物理的距離を直接制御する方法が主流である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光路長可変機構では、レーザー共振器のミラー間距離を機械的に前後させて調節するなどの物理的距離の直接制御の場合では微小位置制御が困難であり、その分解能に限界があった。また、図４（Ａ），（Ｂ）のようにガラス板を回転させてこの間の光透過距離を可変させる場合は、可変量と分解能の関係から板厚を厚くして可変量を増加させようとすると分解能が悪くなり、逆に分解能を上げようと板厚を薄くしなくてはならずそのため可変量が減ってしまうような制約があったり、光軸に対する入出射面の角度が変わるために偏波依存の問題が発生する。更に図４（Ａ）の場合は光軸ずれも起きてしまう。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題を解決し、物理的距離ではなく光学的な距離に換算して光路長を可変させることにより、光軸ずれを起こすことなく高分解能で更には偏波依存による変動ない機構を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、頂部を挟んで第１プリズム面と第２プリズム面とを有し、前記第１プリズム面を平行光の光軸を横切って光軸に垂直に配置し前記第２プリズム面を平行光を横切って前記光軸に垂直な面から傾斜して配置してなる第１、第２、第３および第４の４個のプリズムからなり、
前記第１のプリズムと第２のプリズムは前記第１プリズム面が対面するように間隙を設けて相互に固定配置されて第１の組プリズムを形成し、
前記第３のプリズムと前記第４のプリズムは第２の組プリズムを形成し、各頂部が前記第１および第２のプリズムの頂部と前記光行路に関して対向する側に配置され前記第３のプリズムの第１プリズム面が前記第１プリズムの前記第１プリズム面に平行して対向配置され、前記第４のプリズムの第１プリズム面が前記第２プリズムの前記第１プリズム面に平行して対向配置され、
前記第１の組プリズムと前記第２の組プリズムとが前記平行光の光軸を横切る方向に相対的に移動可能にされていることを特徴とする光路長可変装置を得るものである。
【０００６】
さらに上記において、前記第２の組プリズムが前記光軸に対して垂直な方向に移動可能であることが好ましい。
【０００７】
さらに、前記第３のプリズムの第２プリズム面と前記第４のプリズムの第２プリズム面が向かい合っており、この間の光路が前記第１のプリズムに入出射する平行光の光軸と平行であることが好ましい。
【０００８】
さらに、前記４個のプリズムが同一屈折率と同一プリズム角を有するものであることが好ましい。
【０００９】
さらに、前記第３および第４のプリズムの屈折率および第２プリズム面の光軸に対する傾斜角が前記第１および第２のプリズムの屈折率および第２プリズム面の光軸に対する傾斜角と異なるものとすることができる。
【００１０】
また、本発明の第２は、対向して設けられた一対のレーザーミラーと、前記レーザーミラー間に配置されたレーザー発振器および上記した光路長可変装置とを具備することを特徴とするレーザー装置を得るものである。
【００１１】
本発明の光路長可変装置は、平行な光路内に４個のプリズムを配置し、光軸に対して垂直方向に両端の第１の組プリズムとこの組プリズム間に挿入する第２の組プリズムを相対的にスライドさせることで光路長を変化させるように構成する。プリズムの屈折率やプリズムの１Ａと１Ｂ，２Ａと２Ｂ，３Ａと３Ｂ，４Ａと４Ｂの角度を変えることにより、プリズムのスライド量を変えずに光路長の可変量および分解能を可変できることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の構成を示す図である。プリズム角θ１の同一構造のプリズム１１、１２、１３、１４の４個で形成され、平行光路１５（図中左から右に光が進行する）光軸１５ａに交差して配置される。各プリズムの側面は同一面に揃えられるものとする。
【００１３】
第１のプリズム１１を代表して説明すると、プリズムの頂部１１ａを挟んで第１プリズム面１１Ａと第２プリズム面１１Ｂとを有し、第１のプリズム面１１Ａは光軸１５ａに対して垂直に配置され、第２プリズム面１１Ｂは光軸１５ａに対して垂直に配置され、第２プリズム面１１Ｂは光軸１５ａを横切る垂直面１５ｂから頂角θ１だけ傾斜した面で形成される。第２、第３および第４のプリズム１２、１３、１４についても同じである。各プリズム面は光軸に沿うサジタル面（図の紙面）に垂直な面を構成する。
【００１４】
第１のプリズム１１と第２のプリズム１２は平行光１５の光軸１５ａに対して図中下方にそれぞれの頂部１１ａ、１２ａがくるようにされ、かつ第１プリズム面１１Ａ、１２Ａが間隙をあけて対面するように配置される。第１および第２のプリズム１１、１２は相互に固定されて第１の組プリズム２０を形成し、光軸１５ａに対し垂直な方向１５ｃに移動可能にされる。
【００１５】
第１および第２のプリズムの間隙に第３および第４のプリズム１３、１４が間挿される。第３のプリズム１３の第１プリズム面１３Ａは第１のプリズム１１の第１プリズム面１１Ａに近接しかつ平行に対向し、第４のプリズム１４の第１プリズム面１４Ａは第２のプリズム１２の第１プリズム面１２ａに近接しかつ平行配置される。
【００１６】
第３および第４のプリズム１３、１４の第２プリズム面１１Ｂ、１２Ｂは相互に対向し、この間に間隙を形成している。第３および第４のプリズム１３、１４は相互に固定され第２の組プリズム２１を形成し、光軸１５ａに垂直な方向１５ｃに移動可能にされる。
【００１７】
第３および第４のプリズム１３、１４の頂部１３ａ、１４ａは第１および第２のプリズムの頂部１１ａ、１２ａと光軸１５ａに関して対向する側すなわち図上方に配置される。
【００１８】
結果的に第１のプリズム１１と第３のプリズム１３が第２のプリズム１２と第４のプリズムに対して光軸１５ａに垂直な面Ｖ１に対して面対称に配置される。
【００１９】
平行光１５は第１のプリズム１１の第２プリズム面１１Ｂに入射し、光軸１５ａから光路を曲げられ、第３のプリズム１３、第４のプリズム１４を経て第２のプリズム１２の第２プリズム面１２Ｂから光軸１５ａに戻って出射する。
【００２０】
次に図２により本発明の光路長可変装置による光路長変化量の算出について説明する。第１の組プリズム２０を固定し、第２の組プリズム２１が可動するものとする。
【００２１】
ここに、プリズム移動量：ΔＬｍｏｖ
プリズム屈折率：Ｇｎ
プリズム角：θ１
光路長変化量：ΔＬｏｐｔ
とする。
【００２２】
最初に可動プリズム１３０として、１つのプリズムでの光路長の変化量を考えることにして、図中の計算用三角形１３１を考えて距離“ｃ”を求めると、
ｔａｎθ１＝ｃ／△Ｌｍｏｖ
ｃ＝ｔａｎθ１・△Ｌｍｏｖ
また、θ２はスネルの法則により、
ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｎ２・ｓｉｎθ２
ｓｉｎθ２＝ｎ１／ｎ２・ｓｉｎθ１
この時、ｎ１（空気）＝１．０，ｎ２＝Ｇｎなので、
θ２＝ａｓｉｎ（ｓｉｎθ１／Ｇｎ）
次に、図４中の計算用三角形１３２により距離“ａ”を求めると、
ｃｏｓ（θ１−θ２）＝ｃ／ａ
ａ＝ｃ／ｃｏｓ（θ１−θ２）
＝ｔａｎθ１・△Ｌｍｏｖ／ｃｏｓ（θ１−θ２）
最後に本発明の光路長可変装置の構成通りに図１の可動プリズム１３、１４の２つが△Ｌｍｏｖ移動した時の光路長の変化量△Ｌｏｐｔを求めると、
△Ｌｏｐｔ＝２（ａ・Ｇｎ−ｃ）
＝２・ｔａｎθ１・△Ｌｍｏｖ（Ｇｎ／ｃｏｓ（θ１−ａｓｉｎ（ｓｉｎθ１／Ｇｎ））−１）
となる。
【００２３】
プリズム頂角α（本実施形態配置ではθ１）は、０°を超え入射角α、入射側の屈折率ｎ１、出射角β、出射側の屈折率ｎ２とする時のｓｉｎβ＜（ｎ１／ｎ２）までの角度である。これはｓｉｎβ＝（ｎ１／ｎ２）で全反射するためである。
【００２４】
本実施形態において、プリズム頂角が３０°、プリズムの屈折率を１．５１とした場合、プリズム移動量が１０ｍｍで光路長変化が約６．２ｍｍになり、容易にプリズムの機械的変化量に対して光路長変化量を縮小することができる。
【００２５】
以上のように、例えば第１の組プリズム２０を固定して、第２の組プリズム２１を光軸に対して垂直方向にスライドすることにより、結果として第２の組プリズム２１に対する光の通過位置が移動することにより、光軸の長さ方向に対する物理的距離を変えずに光学的な光路長をプリズムのスライド量以上の分解能で変えることができる。光路長の可変量は、プリズムのスライド量、プリズム屈折率、第１および第２プリズム面の角度により調整することができる。
【００２６】
本実施形態の変形として、第１の組プリズムと第２の組プリズムに用いるガラス材にそれぞれ異なる屈折率のものを採用することができる。この場合、屈折率に応じてプリズム角を変えることにより、第３プリズムと第４プリズム間の光路を光軸に平行にすることができ、上述した効果と同等の効果を発揮する。
【００２７】
（実施形態２）
図３は、本発明による光路長可変装置を外部共振器型の波長可変光源に応用した実施形態２を示す構成図である。光軸１５ａ上に対峙した一対の反射ミラーである高反射ミラー３１と低反射ミラー３２の間に半導体レーザー３３、コリメートレンズ３４，３５、回転可能なバンドパスフィルタ３６および光路長可変装置４０を配置して共振器を構成する。光路長可変装置４０は実施形態１の装置と同構成でなり、第１の組プリズム２０のプリズム１１、１２を固定し、その中間に挿入される第２の組プリズム２１（プリズム１３、１４）をリニアアクチュエータ４１に固定して第２の組プリズムを可動する。半導体レーザー３３の両面に反射防止膜を施し、外部共振器型の共振子としてバンドパスフィルタ３６により所定の共振子の縦モードを選択し、バンドパスフィルタ３６を回転させるのと同時に可動プリズム１３、１４をリニアアクチュエータ４１により光軸１５ａ方向に対して直交する方向１５ｃに動かして光学的共振器長を同調させることで、高反射ミラー３１と低反射ミラー３２の物理的距離を変えずに出力光ファイバ３７から出力される光の波長を微調で連続的に可変させることができる。
【００２８】
また、図３の構成では、本発明の光路長可変装置を低反射ミラー３２とコリメートレンズ３５の間に配置してあるが、平行光路内であれば高反射ミラー３１とバンドパスフィルタ３６の間、またはコリメートレンズ３４とバンドパスフィルタ３６の間に配置しても良い。
【００２９】
本実施形態では第２の組プリズム２１を可動としたが、第１の組プリズム２０のみまたは両者を可動にすることもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
【００３１】
（１）物理的距離ではなく光学的な距離に換算して光路長を可変させることにより、物理的位置制御以上の高分解能で光路長を制御できる。逆に、プリズムの屈折率、角度の調整でプリズムの物理的スライド量以上に光路長を可変させることもできる。
【００３２】
（２）光軸ずれを起こさないので、平行光路内に配置することで簡単に光路長を可変できる。
【００３３】
（３）プリズムのスライド量、プリズムの屈折率、プリズムの入出射面の角度により、光路長の変化量と分解能を簡単に可変（設計）できる。
【００３４】
（４）プリズムをスライドさせても常にプリズムの入出射面に対する光軸の角度が変わらないので、一定の偏波依存による損失に変化が起きない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の構成図である。
【図２】実施形態１のプリズムの光路長変化量を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態２の構成図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は従来の装置の構成図である。
【符号の説明】
１１：第１のプリズム
１２：第２のプリズム
１３：第３のプリズム
１４：第４のプリズム
１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ：第１プリズム面
１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ：第２プリズム面
１５：平行光路
１５ａ：光軸
２０：第１の組プリズム
２１：第２の組プリズム
３１：高反射ミラー
３２：低反射ミラー
３３：半導体レーザー
３４，３５：コリメートレンズ
３６：バンドパスフィルタ
３７：出カ光ファイバ
４０：光路長可変装置
４１：リニアアクチュエータ
【図１】
2004311818.tif 000003
【図２】
2004311818.tif 000004
【図３】
2004311818.tif 000005
【図４】
2004311818.tif 000006