(57)【要約】  本発明は、単一角度操作により入出力光の位置が変更されなく、更に、いつも最上の効率を保持することができるようにした波長可変装置、及びその方法に関する。このために透過型回折板の最適な効率反射角をいつも保持する光経路が構成されるように、回折板と鏡を一体に構成し、このような一体型構成を回転させて、所望の波長を得ることにより、操作及び制御の、効率性と精度を高め、費用を減らすことができる効果がある。
2010525604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の波長帯域を有する光源部と、
上記光源部が提供する光線を、格子配置角度に応じて異なる角度で回折させる透過型回折部と、
上記透過型回折部に入射する光線の角度と、上記格子配置角度とにより得られる最高の効率の回折角度で進行する光線が目標の光経路を過ぎるように、上記透過型回折部に隣接配置される鏡と、
上記透過型回折部及び鏡を一つの構造物として結合する結合部と、
上記結合部を選択波長に対応させて回転させる駆動部とを備える
波長可変装置。
【請求項２】
上記最高の効率の回折角度は、上記格子配置角度を基準に、上記透過型回折部の入射光の角度と同一の回折角度である
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項３】
上記光源部は、レーザーダイオードと視準レンズとを備える
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項４】
上記光源部は、異なる波長帯域を有する複数の光源と、上記光源のうちの一つを機械的に選択する光源選択部とを備える
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項５】
上記光源選択部は、複数の光源が連続配置された配置部と、上記配置部を機械的に動作させて、所望の光源を、上記透過型回折部に光線を提供する位置に対応させる駆動部とを備える
請求項４に記載の波長可変装置。
【請求項６】
上記光源部は、レーザーポインタであり、上記鏡により反射された光線のうちの少なくとも一部を反射させて、外部キャビティを設定するカプラーを更に備える
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項７】
上記光源部は、部分反射鏡が無反射コーティングされたレーザーダイオードと、無反射コーティングされた視準レンズとを備える
請求項６に記載の波長可変装置。
【請求項８】
上記鏡に反射される光線を集光するレンズと、
上記レンズにより集光された光線中の一つの波長のみを透過するピンホールレンズと
を更に備える
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項９】
上記鏡に反射される光線を一部反射させて、出力の強さを電気的信号に変換させる部分反射部及びモニター部を更に備える
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項１０】
上記駆動部は、上記透過型回折部の回折軸と鏡の反射面とが延びて交差する地点を中心に、上記透過型回折部及び鏡を回転させる
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項１１】
光源から提供される光線を円形に補正する形態補正部と、焦点を補正する焦点補正部とのうち、少なくとも一つを更に備える
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項１２】
上記透過型回折部は、ボリューム位相ホログラフィック回折板である
請求項１に記載の波長可変装置。
【請求項１３】
一定の波長帯域を有する光源部と、
上記光源部が提供する光線を反射させる鏡と、
上記鏡により反射される光線を透過させながら、格子配置角度に応じて異なる角度で回折させ、上記回折された光線中、上記格子配置角度を基準に入射光の角度と同一の回折角度を有する光線が、目標の光経路に進行するように、上記鏡に隣接配置される、ボリューム位相ホログラフィック回折板からなる透過型回折部と、
上記鏡と透過型回折部との配置角度を固定しながら、これらを一つの構造物として結合する結合部と、
上記結合部を選択波長に対応させて回転させる駆動部とを備える
波長可変装置。
【請求項１４】
レーザー光源部と外部キャビティとを有するレーザー出力構成を備える波長可変装置であって、
入射されるレーザー光線を格子配置角度に応じて透過回折させる、ボリューム位相ホログラフィック回折板である、透過型ホログラム回折板と、
上記格子配置角度を基準に、上記透過型ホログラム回折板の入射光の入射角度と対称を成す回折角度で出力される光線が、出力地点に収斂するように、光経路を決定する鏡と、
上記透過型ホログラム回折板と鏡とを、固定角度を成すように、配置し固定する結合部と、
上記結合部を回転させる駆動部を有する光学キャビティとを備える
波長可変装置。
【請求項１５】
上記透過型ホログラム回折板と鏡とは、光経路の逆順に配置される
請求項１４に記載の波長可変装置。
【請求項１６】
決定された光経路に応じて複数の波長を出力するレーザー光源部を配置する段階と、
上記レーザー光源部が提供する光線を格子配置角度に応じて透過回折させる透過型回折部を光経路上に配置し、上記格子配置角度を基準に、透過型ホログラム回折板の入射光の入射角度と対称を成す回折角度で出力される光線が、出力地点に収斂するように光経路を決定する鏡を配置する段階と、
所望の波長を選択して、上記格子の間隔を考慮した光線の上記透過型回折部の入射角を求める段階と、
上記入射角を有するように、上記透過型回折部と鏡とを一体に回転させる段階と、
上記レーザー光源から出力された波長のうちの選択された波長のみが共振されながら、上記出力地点に出力される段階とを含む
波長可変方法。
【請求項１７】
上記透過型回折部は、ボリューム位相ホログラフィック回折板である
請求項１６に記載の波長可変方法。
【請求項１８】
上記回転させる段階は、上記透過型回折部の回折軸と鏡の反射面とが延びて交差する地点を中心に回転させる
請求項１６に記載の波長可変方法。
【請求項１９】
上記透過型回折部と鏡とを配置する段階は、光経路を基準に、上記透過型回折部と鏡とを逆順に配置する
請求項１６に記載の波長可変方法。
【請求項２０】
上記透過型回折部への光線の入射角を求める段階は、θ＝ｓｉｎ−１（λ／２ｄ）の式（ここで、θは回折部の入射角であり、λは所望の選択波長であり、ｄは格子の間隔である）を利用する
請求項１６に記載の波長可変方法。
【請求項２１】
上記レーザー光源部を配置する段階は、異なる波長帯域を出力する複数のレーザー光源を、機械的選択により交替可能に配置し、選択波長に応じて当該波長が含まれている波長帯域を出力するレーザー光源を選択して配置する段階を更に含む
請求項１６に記載の波長可変方法。
【請求項２２】
上記共振する段階は、上記出力される波長の強さを測定して既設定された出力を有するように、上記レーザー光源部の電流を制御する段階を更に含む
請求項１６に記載の波長可変方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変装置及びその方法に関し、特に、単一角度操作により入出力光の位置が変更されなく、更にいつも最上の効率を保持することができるようにした波長可変装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学技術の発展は、多様な産業全般に影響を与えて、微細加工から超高速通信に至る広範囲な次世代技術の基盤となっている。特に、直進性の強いレーザーを利用して、微細加工や表面を改質する技術、医学用のメスや特定の細胞を選別し除去する技術、光学媒体を利用して、データを再生する技術、光ファイバの全反射を活用した超高速通信技術、ナノサイズの立体的試料に対する構成を把握する顕微鏡技術など、産業及び医療技術に係わった光学技術は、徐々にその重要性が高まっている。
【０００３】
一般的なレーザー光学技術は、主に単一波長を利用しているが、徐々に多様な波長を活用しようとする要求が増加するに伴い、波長を可変することができる波長可変レーザー光学手段が登場して、通信の帯域を画期的に増加させたり、多様な試料を分析したり、広い範囲の波長を対象に最適な特性を提供する波長を選択したりするなどの活用が可能となった。
【０００４】
このようなレーザーの波長を可変する技術を適用した波長可変レーザーは、その用途により異なる構成を有するが、各種の光学アプリケーションに汎用的に適用される可変波長レーザーの場合、一定の波長帯域を有するレーザー光源の回折角度を調節することで、所望の波長を選択して出力する方式から構成される。
【０００５】
図１は、一般的に知られたリットローキャビティ（Ｌｉｔｔｒｏｗ  ｃａｖｉｔｙ）を適用した波長可変装置の構成を示す構成図である。ここでキャビティは、光学共振のために使用される回折板、鏡、レンズなどからなる構成を意味し、一般的に光学キャビティ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ）と称する。
【０００６】
図１に示されたように、レーザーダイオード１から発生したレーザー光が、視準レンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ  ｌｅｎｓ）２により平行光となって反射回折板３に入射され、反射回折板３の構成に応じて特定の角度で回折された後、鏡４に反射されるように構成されている。
【０００７】
示されている構成は、回折板３の角度を調節する方式で波長を選択するが、波長の選択に応じて光経路が変化する。従って、光経路を固定するためには、入射光の位置を調節するか、鏡４を連動させて調節しなければならない複雑な過程が必要である。また、入力される光の回折角度に応じた効率的プロファイルが波長に応じて相異するので、すべての波長に対して最上の効率を保持しにくい。即ち、精密な波長変換が難しく、構成体積が大きく、光の位置及び経路を保持しにくいので、波長可変レーザー装置を実現する場合、費用がたくさんかかり、構成体積が大きく、精度が低い。
【０００８】
図２は、リットマンキャビティ（Ｌｉｔｔｍａｎ  ｃａｖｉｔｙ）を適用した波長可変装置の構成を示す構成図である。図２に示されたように、レーザーダイオード１１から発生したレーザー光が、視準レンズ１２により平行光となって、反射回折板１３により特定の角度で回折され、これは、鏡１４を通して再度反射回折板１３に反射されて特定の角度で回折される。
【０００９】
図２に示されている構成は、鏡１４の角度を調節する方式で波長を選択するが、反射される回折板１３の位置が固定されているので、入射光の位置と出力光の経路が変化しない長所がある。しかし、入力光を１００％反射できない回折板１３を利用して、光を複数に反射させるだけでなく、波長別に変わる反射効率を補償できなくて、効率が大きく低下し、よって選択可能な波長の幅が狭くなる。即ち、広い波長を提供するためには、一部の波長領域が重畳される多くの数のレーザーダイオードが必要になって費用が増加し、波長の選択時にレーザーダイオードを交替する周期が短くなって動作時間が長くなる。また、光経路が固定される反射回折板１３により制限されるので、光経路の選択が制限され、これを変更するためには、追加的な鏡の構造物が必要となり、体積が増加するようになる。
【００１０】
従って、光経路の設計が自由でありながらも、波長の選択に応じた光経路の変化がなく、出力の効率が高いながらも、波長の選択精度が高く、波長の選択に必要な制御も簡単で構成の体積も小さい波長可変装置及びその方法に対する要求が急増している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６８９２０００号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／１２６３８５号明細書
【特許文献３】米国特許第６１４１３６１号明細書
【特許文献４】特開平１−２０２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のような波長可変装置の問題点を解決するために新しく提案する本発明の実施例の目的は、透過型回折板の最適な効率回折角をいつも保持する光経路が構成されるように、回折板と鏡を一体に構成し、このような一体型構成を回転させて所望の波長を得ることにより、簡単な操作により高効率の波長選択を可能にした波長可変装置及びその方法を提供することである。
【００１３】
本発明の実施例の他の目的は、透過型回折板の回折格子の配置角度を選択することで、最適な効率を保持した状態で所望の光経路を設計することができ、波長可変装置の設計自由度を高め、体積を減らすことができるようにした波長可変装置及びその方法を提供することである。
【００１４】
本発明の実施例の更に他の目的は、波長に応じた単一角度調整だけで、広い波長帯域から選択した波長に対する効率が、いつも当該波長の最高の効率に該当されるように、自動設定される波長可変装置及びその方法を提供することである。
【００１５】
本発明の実施例の更に他の目的は、広い波長帯域に対する透過効率が高いボリューム位相ホログラフィック回折板（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｇｒａｔｉｎｇ）に入射した光の入射角度と、回折格子の配置角度とを考慮した透過光の回折角度が、最高の効率の角度がなりながら、ピンホールに収斂するように、ホログラフィック回折板と鏡を固定角度で結合して、単一動作部だけで大きさを減らしながらも、効率と波長選択精度とを高めることができるようにした波長可変装置及びその方法を提供することである。
【００１６】
本発明の実施例の更に他の目的は、波長の選択に応じた最適の効率を保持して、レーザーダイオードが提供する大部分の波長帯域に対する有効出力を可能にし、異なる波長帯域を有する複数のレーザーダイオードを機械的あるいは電気的に選択できるようにすることにより、少ない数のレーザーダイオードの構成により、広い帯域に対する精密な波長の選択を可能にした波長可変装置及びその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記のような目的を達成するために、本発明の一つの実施例に係る波長可変装置は、一定の波長帯域を有する光源部と、上記光源部が提供する光線を格子配置角度に応じて異なる角度で回折させる透過型回折部と、上記透過型回折部に入射する光線の角度と上記格子配置角度とにより得られる最高の効率の回折角度で進行する光線が目標の光経路を過ぎるように、上記透過型回折部に隣接配置される鏡と、上記透過型回折部と鏡の配置角度を固定しながら、これらを一つの構造物として結合する結合部と、上記結合部を選択波長に対応させて回転させる駆動部とを備える。
【００１８】
上記最高の効率の回折角度は、上記格子配置角度を基準に、上記透過型回折部の入射光と対称を成す光線の角度として、入射光の角度と同一の角度であってよい。
【００１９】
上記光源部は、異なる波長帯域を有する複数の光源と、上記光源のうちの一つを機械的に選択する光源選択部とを備えてよい。
【００２０】
上記光源部は、レーザーポインタであり、上記鏡により反射された光線のうちの少なくとも一部を反射させて外部キャビティを設定するカプラーを更に備えてよい。
【００２１】
上記鏡に反射される光線を集光するレンズと、上記レンズにより集光された光線中の中心位置の波長のみを透過するピンホールレンズとを更に備えてよい。
【００２２】
上記鏡に反射される光線を一部反射させて、出力の強さを電気的信号に変換させる部分反射手段及びモニター手段を更に備えてよい。
【００２３】
上記駆動部は、上記透過型回折部の回折軸の延長線と鏡の反射面の延長線とが接する地点を中心に、上記透過型回折部と鏡とを回転させてよい。
【００２４】
光源から提供される光線を円形に補正する形態補正部と、焦点を補正する焦点補正部とのうちの少なくとも一つを更に備えてよい。
【００２５】
上記透過型回折部は、ボリューム位相ホログラフィック回折板（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｇｒａｔｉｎｇ）であってよい。
【００２６】
本発明の他の実施例に係る波長可変装置は、複数の波長帯域を有する光源部と、上記光源部が提供する光線を反射させる鏡と、上記鏡により反射される光線を透過させながら、格子配置角度に応じて異なる角度で回折させ、上記回折された光線中、最高の効率の回折角度で進行する光線が目標の光経路に進行するように、上記鏡に隣接配置される透過型回折部と、上記鏡と透過型回折部の配置角度を固定しながら、これらを一つの構造物として結合する結合部と、上記結合部を選択波長に対応させて回転させる駆動部とを備える。
【００２７】
本発明の更に他の実施例に係る波長可変装置は、レーザー光源部及び外部キャビティを有するレーザー出力構成を備える波長可変装置であって、入射されるレーザー光線を格子配置角度に応じて透過し回折させる、ボリューム位相ホログラフィック回折板である、透過型ホログラム回折板と、上記格子配置角度を基準に、上記透過型ホログラム回折板の入射光の入射角度と対称を成す回折角度で出力される光線が、出力地点に収斂するように光経路を決定する鏡と、上記透過型ホログラム回折板と鏡が固定角度を成すように配置し固定する結合部と、上記結合部を回転させる駆動部を有する光学キャビティとを備える。
【００２８】
上記透過型ホログラム回折板と鏡とは、光経路の逆順に配置されてよい。
【００２９】
上記光経路上の結合部の角度に応じて選択された波長のみが、上記出力地点に収斂しながらフィードバックし共振し、その外の波長は、発散し消失される。
【００３０】
外部制御信号に応じて決定された波長及びそれによる角度で上記駆動部を制御する制御部を更に備えてよい。
【００３１】
また、本発明の更に他の実施例に係る波長可変方法は、決定された光経路に応じて複数の波長を出力するレーザー光源部を配置する段階と、上記レーザー光源部が提供する光線を格子配置角度に応じて透過回折させる透過型回折部を光経路上に配置し、上記格子配置角度を基準に、上記透過型ホログラム回折板の入射光の入射角度と対称を成す回折角度で出力される光線が、出力地点に収斂するように光経路を決定する鏡を配置する段階と、所望の波長を選択して、上記格子の間隔を考慮した光線の上記透過型回折部の入射角を求める段階と、上記入射角を有するように、上記透過型回折部と鏡を一体に回転させる段階と、上記レーザー光源から出力された波長のうちの選択された波長のみが共振されながら上記出力地点に出力される段階とを含む。
【００３２】
上記透過型回折部は、ボリューム位相ホログラフィック回折板（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｇｒａｔｉｎｇ）であってよい。
【００３３】
上記回転させる段階は、上記透過型回折部の回折軸と鏡の反射面とが延びて交差する地点を中心に回転させてよい。
【００３４】
上記透過型回折部への光線の入射角を求める段階は、θ＝ｓｉｎ−１（λ／２ｄ）の式（ここで、θは回折部の入射角であり、λは所望の選択波長であり、ｄは格子の間隔である）を利用してよい。
【００３５】
上記レーザー光源部を配置する段階は、異なる波長帯域を出力する複数のレーザー光源を機械的選択により交替可能に配置し、選択波長に応じて当該波長が含まれている波長帯域を出力するレーザー光源を選択し配置する段階を更に含んでよい。
【００３６】
上記共振する段階は、上記出力される波長の強さを測定して既設定された出力を有するように、上記レーザー光源部の電流を制御する段階を更に含んでよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の実施例に係る波長可変装置及びその方法は、透過型回折板の最適な効率の反射角をいつも保持する光経路が構成されるように、回折板と鏡を一体に構成し、このような一体型構成を回転させて、所望の波長を得ることにより、操作及び制御の効率性及び精度を高め、費用を減らすことができる効果がある。
【００３８】
本発明の実施例に係る波長可変装置及びその方法は、透過型回折板の回折格子配置角度を選択することで、最適な効率を保持した状態で所望の光経路を設計することができるので、波長可変装置の設計自由度を高め、体積を減らすことができる効果がある。
【００３９】
本発明の実施例に係る波長可変装置及びその方法は、波長に応じた単純な演算により得られた単一角度調整のみで、広い波長帯域での選択波長に対する効率が、いつも当該波長の最高の効率に該当されるように自動設定されるので、別途の補正や操作がなくても、最上の効率を保持することができる効果がある。
【００４０】
本発明の実施例に係る波長可変装置及びその方法は、広い波長帯域に対する透過効率が高いボリューム位相ホログラフィック回折板（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｇｒａｔｉｎｇ）に入射した光の入射角度と、回折格子の配置角度とを考慮した透過光の回折角度が、最高の効率の角度を有しながらピンホールに収斂するように、ホログラフィック回折板と鏡を固定角度で結合して、動作部の大きさ及び数を減らすことにより、費用及び体積を減らしながらも、効率及び波長選択精度を高めることができる効果がある。
【００４１】
本発明の実施例に係る波長可変装置及びその方法は、波長選択に応じた最適な効率を保持して、レーザーダイオードが提供する大部分の波長帯域に対する有効出力を可能にし、異なる波長帯域を有する複数のレーザーダイオードを機械的あるいは電気的に選択することができることにより、光源の交替なしに選択することができる波長の数を増加させて選択速度を高め、少ない数のレーザーダイオードの構成で広い帯域に対する精密な波長選択を可能にして、費用及び大きさを減らすことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来のリットローキャビティの構成を示す概念図である。
【図２】従来のリットマンキャビティの構成を示す概念図である。
【図３】透過型回折板の特性を説明するための回折板構成図である。
【図４】本発明の実施例に係る基本の構成を示す構成図である。
【図５】レーザーダイオードのスペクトラム及び利得プロファイルを示すグラプである。
【図６】本発明の実施例に係る構成の動作方式を説明するための動作概念図である。
【図７】本発明の実施例に係る構成の光経路設定方式を説明するための動作概念図である。
【図８】本発明の実施例に係る構成の波長可変方式を説明するための動作概念図である。
【図９】透過型回折板の回折特性を説明するための構成図である。
【図１０】光経路設定方式の例を示す構成図である。
【図１１】光経路設定方式の例を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施例に係る光経路設定範囲を示す概念図である。
【図１３】本発明の実施例に係る光学キャビティの構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施例に係る光学キャビティの構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施例に係る構成図である。
【図１６】複数の光源を使用するための配置方式を示す例示図である。
【図１７】複数の光源を使用するための配置方式を示す例示図である。
【図１８】光学キャビティの他の配置順序を示す例示図である。
【図１９】一般的な波長別回折効率を示すグラプである。
【図２０】本発明の実施例に係る波長別回折効率を示すグラプである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
上記のような本発明を添付の図面を参照して実施例について詳しく説明する。
【００４４】
図３は、透過型回折板の構成を示す図である。示された回折板は、ボリューム位相ホログラフィック回折板（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＶＰＨＧ）であって、光学的に意味のある大部分の波長帯域に対して高い透過性を示す回折板である。
【００４５】
示された回折板は、透明な前後面透過板２１の間に特定の波長の進行方向を回折させる格子２２が配置された構成を有する。
【００４６】
上記回折板は、入射される光を回折させて所定の範囲に歪曲透過させる特徴を有するが、このような歪曲透過される光の中、入射角と同一の反射角に出力される光の効率が一番高い。即ち、回折板の入射位置に垂直した仮想の垂直線（点線：即ち、回折軸に垂直した垂直線）に対する入射光の入射角度（θｉ）と対称を成す透過光の回折角度（θｄ）に出力される光の効率が、透過される光の中で一番高いが、このような最適な効率の入射角度と、それと対称を成す透過光の角度とは、所望の波長と格子の間隔（ｄ）とに応じて相異するので、最適の効率で透過して回折される光を得るためには、波長（λ）に応じた最適な入射角とそれに応じた透過光の角度とを得る必要がある。これは、次の数式１から得ることができる。
【００４７】
［数式１］
λ＝ｄ（ｓｉｎθｉ＋ｓｉｎθｄ）
【００４８】
即ち、所望の波長に対する最適の入射角度（θｉ）と透過光の回折角度（θｄ）とは、ｓｉｎ−１（λ／２ｄ）の式を利用して求めることができる。ここで、入射角度と透過光の回折角度とは同一である。一方、上記入射角と回折角度を求める基準線は、格子２２の配置角度を基準とし、示された状態は、格子配置角度が回折板に垂直した状態であるので、垂直線を基準とすることに注意する。格子配置角度が変わる場合は、図９を参照して再度説明する。
【００４９】
図４は、本発明の実施例に係る光学キャビティの構成を有する波長可変装置の構成例を示す。ここでは、活用度の高いレーザー発生装置の構成を示す。しかし、本発明は、多様な光源の活用により、分光器、短波長検査器などで利用され得るのに留意する。
【００５０】
波長可変装置は、複数の波長のレーザーを出力できるレーザーダイオード１０１と、上記レーザーダイオード１０１の出力光を平行にする視準レンズ１０２と、当該視準レンズ１０２により平行となった光線を回折しながら透過する透過型回折板１０３と、当該回折された光を光経路設定のために反射させる鏡１０４と、上記鏡１０４により反射された光線を集光してピンホールレンズ１０６のピンホールに提供するレンズ１０５とを備える。ここに、波長可変装置は、任意の波長を選択的に共振させるために、入射光の一部を反射させるカプラー１０７を更に備える。
【００５１】
上記透過型回折板１０３は、透過率の高いＶＰＨＧであることが好ましく、上記鏡１０４は、銀鏡あるいは誘電体鏡であることが好ましい。そして、上記透過型回折板１０３と鏡１０４は、示されたように、一側で互いに接触するように構成されることもできるが、光経路上に位置しながら相互固定された角度を保持することができるいかなる配置も可能である。
【００５２】
一方、上記透過型回折板１０３と上記鏡１０４とは、固定された角度で配置された状態で結合させて、単一の回転構成要素として取り扱う。即ち、上記透過型回折板１０３が回転して入射される光線から特定の波長を選択する際に、上記鏡１０４は、入射される光線の入射角と同一の回折角で出力される上記選択波長の光経路が、上記ピンホールレンズ１０６のピンホールとなるようにする。このような構成から、上記入射される光線中の選択された波長の光線は、上記透過型回折板１０３により回折される時、最も高い効率の回折角度で回折され、このように回折された光線は、上記鏡１０４により上記ピンホールレンズ１０６に提供される。上記入射される光線の入射角を調節することで、所望の波長を選択することができるが、上記鏡１０４が上記透過型回折板１０３と固定の角度を成す状態で回転するので、すべての選択波長の光線は、いつも最高の効率の回折角度で回折されながらピンホールから出力される。
【００５３】
一般に、レーザーの場合、図５のようなスペクトラムプロファイル（点線）と利得プロファイル（実線）とを有するが、例えば６３０〜６３８ｎｍの波長帯域を有するレーザーの場合に中心の波長の近所である６３５ｎｍで最も大きい利得を有し、その外の波長でも一定の水準以上の利得を有する。
【００５４】
もし外部キャビティのない単純なレーザーポインタの場合、中心の波長の近所である６３５ｎｍで光を出す。しかし、外部キャビティの存在により、特定の選択波長を一部反射させて共振を誘導する場合、一定の大きさ以上の利得を有する周辺波長でも光を出すことができる。
【００５５】
従って、外部キャビティを構成し、特定の波長を選択して、当該波長が出力地点に放射されながら、一部が反射されるようにすると、選択された波長のレーザーが出力される波長可変装置を実現することができる。
【００５６】
本実施例においては、このような外部キャビティを構成する核心的な光学キャビティの要素として、示された透過型回折板１０３と鏡１０４との一体型構成を適用し、波長選択のためにこのような一体型構成を回転させて、入射光の角度を決定することができる。前述したように、上記回折板１０３と鏡１０４とが成る角度は、入射光の角度と回折光の角度を同一にしながら、鏡に反射された光が、出力地点に収斂するようにする角度であるので、いつも最も高い効率を保持することができる。
【００５７】
図６乃至図８は、図４に示されている本発明の一つの実施例に係る波長可変レーザー出力装置の共振方式及び波長可変方式を更に詳しく説明するためである。説明の便宜のために、図５のスペクトラムプロファイル中の３個の波長（λ１、λ２、λ３）のみについて調べる。例えば、λ１は、６３５ｎｍ、λ２は、６３６ｎｍ、λ３は、６３４ｎｍと仮定し、透過型回折板は、ＶＰＨＧであって、その格子の配列は、１２００ｌｐｍｍ（ｌｉｎｅ  ｐｅｒ  ｍｉｌｉｍｅｔｅｒ）（１ｍｍ当の１２００個）と仮定する。一方、説明のために、図面の一部を誇張して示したことに注意する。
【００５８】
図６は、共振方式を説明する図である。示されているレーザーダイオード１０１は、左側に全反射鏡が存在し、右側に無反射コーティングの部分反射鏡が存在し、内部的な共振雑音がないようにしたものであり、当該レーザーダイオード１０１から出力される複数の波長の光線は、視準レンズ１０２により平行光となって、透過型回折板１０３と鏡１０４とからなる波長選択手段に入射され、当該光は、透過に応じた回折及び反射により既設定された光経路に進行して、レンズ１０５により集中してピンホールレンズ１０６のピンホールに収斂するようになる。このような光経路上に入射光の一部を反射させるカプラー１０７を配置し、光の一部を再度レーザーダイオード１０１にフィードバックさせて共振を誘導し、このような共振により、所望の波長の利得が徐々に増加して、当該波長でも光が発生するようになる。この時、入射角のような回折角度を有する選択された波長（λ１）の光のみがピンホールから出力され、その外の他の波長（λ２、λ３）を有する光は、ピンホールを通過することができなくて消失される。
【００５９】
もちろん、示されている構成は、説明のために、構成を単純化したものであり、更に光の形態を円形に補正し、焦点を補正するための補正部、正確な共振のためのカプラーなどが構成され得るが、基本的な原理は類似する。
【００６０】
図７は、透過型回折板１０３及び鏡１０４の配置、光経路の配置、並びにその入射角の選択方法について説明する図面ある。
【００６１】
前述した仮定の数値をもって、入射角（θｉ）と回折角（θｄ）が同一でありながら、波長に応じた最適な効率が得られる上記入射角（θｉ）を求める。先ず、数式１により次のような等式が成立する。
【００６２】
６３５ｎｍ＝（１ｍｍ／１２００）×２×ｓｉｎθ
【００６３】
従って、６３５ｎｍ波長において効率が最大となる入射角は、ｓｉｎ−１（６３５×６×１０−４）で求めれば、約２２．３９６°となる。
【００６４】
即ち、６３５ｎｍ波長を選択しようとする際に、透過型回折板１０３を回転させて、入射光の角度（θｉ）を２２．３９６°とし、同一の値の回折角度（θｄ）で出力される光を、最大の効率の回折角とした後、当該光がピンホールレンズ１０６のピンホールに収斂するように、鏡１０４と透過型回折板１３０を配置すれば、固定角度（θｆ）が得られる。このような過程を経て、初期設計や波長選択が行われることができる。
【００６５】
言い換えれば、初期の設計時、同一の入射角及び回折角を有する波長の入射光線が出力地点（ピンホール）に収斂するように、鏡１０４の配置位置を選択し固定することができる。
【００６６】
図８は、図７に示したように固定された透過型回折板１０３と鏡１０４を回転させることにより、他の波長を選択する方法を説明する図である。ここで、λ２に該当する６３６ｎｍ波長を選択しようとする際に、入射角は、ｓｉｎ−１（６３６×６×１０−４）で得られるように、約２２．４３３°となるので、回折板１０３と鏡１０４とが、固定角度で結合された結合構成物を、制御角度（θａ）に該当する約０．０３７°だけ回転軸（Ｐ）を基準に回転させると、入射角が２２．４３３°であり、回折角が２２．４３３°である場合、最高の効率で回折される６３６ｎｍ波長がピンホールを介して出力される。上記回転軸は、回折板の回折軸と、鏡面の反射面の延長線とが接する地点であり、示された接触構成では、回転軸（Ｐ）の地点とされる。
【００６７】
もし、λ３に該当する６３４ｎｍ波長を選択する場合は、入射角を２２．３５８°に調節すれば良い。
【００６８】
即ち、回折板１０３と鏡１０４との固定角度配置は、同一の入射角及び回折角を有する光線を出力地点に提供する光経路を設定するためであり、回折板１０３と光源の入射角の設定は、当該入射角に応じて選択された波長の光線を上記光経路に提供するためである。このような構成により、いつも選択された波長の光線に対する入射角と回折角が同一になり、最適な効率が保持されるので、最小の体積と単一の角度調節だけで、所望の波長の光線のみを選別して出力地点に最適な効率で提供することができる。
【００６９】
図９は、光経路を変化させ得る透過型回折板の他の構成を示す図である。図９に示されたように、回折板の格子配置角度が傾いて構成された場合の回折状態を示すものである。
【００７０】
前述した透過型回折板と一体に結合される鏡の配置角度は、選択された波長の最適な効率の回折角出力を、出力地点に収斂させるための光経路の設定のためのものであるが、鏡の反射範囲が制限されており、反射角度に応じて光の形態が変化したり、異なる波長の密集度が変化したりするので、実質的に所望の経路を選択しにくいこともある。言い換えれば、入射光を、進行方向と同一に出力することもでき、光経路を調節して入射光に垂直に出力することもできるなど、レーザー装置の構成、大きさ、用途などに応じて多様な光経路を設計する必要性がある。従って、単純な鏡だけでは、高精密な波長選択が難しいか、経路選択に制限が発生する。これを解決するために、格子の配置角度を調節した透過型回折板を利用すれば、光経路の選択の制限は、追加的な光素子（鏡など）がなくても、大きく緩和される。
【００７１】
示されたように、格子を回折板の長手方向の中心線（点線）を基準に、βだけ傾けて配置する場合、入射角度（θｉ）と回折角度（θｄ）は、上記格子の配置角度を基準（傾いた点線）に算出される。このような場合にも、前述した数式１の関係は、同一に保持されるので、格子の傾いた角度を基準に考慮すればよい。
【００７２】
即ち、上記回折角度（θｄ）は、上記入射角度（θｉ）と同一である場合に最適な効率の回折角となるので、格子配置角度を基準に、入射角度と対称を成す回折角度を、光経路の設定のための鏡の配置角度の決定に活用し、波長の選択のための入射角の選択は、既存の公式をそのまま活用する。
【００７３】
図１０及び図１１は、透過型回折板及び鏡の光経路の設定方式を示す図である。図１０のような構成は、透過型回折板２１０と鏡２２０との間の角度（θｆ）を鈍角に設定し、図１１のような構成は、透過型回折板２３０と鏡２４０との間の角度を鋭角に設定した場合である。即ち、図１２のように、回折板の格子配置と鏡の角度を調節することにより、回折板と鏡が結合された単一の構成要素（回折部２５０）のみで、最適の効率及び波長選択精度を保持しながらも、広い範囲（ｗ）で自由な光経路設計が可能である。従って、波長変換装置を所望の形態及び大きさで構成することができ、必要に応じて光源と出力を配置することができる。
【００７４】
図１３及び図１４は、透過型回折板及び鏡の実質的な配置及び構成の例を示す図である。図１３は、透過型回折板２６１と鏡２６２とを単一本体の結合部２６３に固定させ、上記結合部２６３を回転部２６４で回転させるように構成したものである。上記結合部２６３における回転軸は、透過型回折板２６１の回折軸と、鏡２６２の反射面とが延びて接する点（示された構成では、接触地点）であり、上記回転部２６４は、精密な回転が可能に構成されなければならない。場合によって、上記回転軸の位置を、異なって設定（回折板の入射地点など）することもできることに注意する。図１４は、板型でない円形に、透過型回折板２７１及び鏡２７２を結合部２７３に配置した構成を示し、光源が入射される領域と、光経路を決定する領域とが大きくないので、上記透過型回折板２７１、鏡２７２、及び結合部２７３の大きさは小型化される。
【００７５】
図１５は、前述した構成を利用して実質的な制御を可能にしたものである。図１５に示されたように、レーザーダイオード３００及び視準レンズ３０１の後に、平行光の形態を補正する形態補正部と、焦点を補正する焦点補正部のうちの一つ以上を備える補正部３０７が備えられる。上記補正部３０７を通過した光線が、透過型回折板及び鏡を備える回折部３０２を過ぎ、カプラー３０６を通過しながら、一部が反射されることにより、選択波長が共振され、カプラー３０６を通過した光線が、レンズ３０３により集中されて、ピンホールレンズ３０５のピンホールに収斂される。ここで、上記レンズ３０３を通過した光線の一部を、上記光経路の外部に反射させる部分反射鏡３０５と、上記の部分反射された光線の出力を電気信号に変換するモニター部３０４とが更に備えられる。一方、上記回折部３０２を回転させる回折板駆動部３１２と、レーザーダイオード３００を駆動させるレーザー駆動部３１３と、外部制御信号に応じた角度で上記回折板駆動部３１２を制御し、上記モニター部３０４の出力及び上記外部制御信号に応じた出力の強さを比較して、レーザー駆動部３１３が提供する電流の大きさを制御する制御部３１０とが更に備えられてよい。
【００７６】
上記構成により、外部制御信号に応じて所望の波長を、所望の出力の強さで選択して出力することができる。もちろん、より精密な制御のために、追加的な構成が更に加わってよく、温度を保持するための手段も加わってよい。
【００７７】
図１６及び図１７は、波長の選択幅を広めるために、複数のレーザー光源を電気的又は機械的に選択するための構成を示す図である。図１６は、複数のレーザー光源４０１、４０２、４０３を密集して配置し、各レーザー光源が同一の地点で透過型回折板４１０に入射するようにした後、必要な波長を提供することができる光源のみを選択的に駆動させる方式（Ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）を示すものである。
【００７８】
図１７は、機械式に複数のレーザー光源を波長帯域別に順次配置した後、所望の波長を提供することができるレーザー光源を、光源提供位置に配置することができるように構成したものである。図１７ａは、リボルバー形態４２０に光源４２１を構成した一例であり、図１７ｂは、リニアー形態４３０に光源４３１を構成した一例である。
【００７９】
上記のような機械式構成を、図１５の構成の制御部により選択波長に応じて選別制御することにより、必要なレーザー光源を自動的に選択配置することができる。
【００８０】
図１８は、透過型回折板４５２と鏡４５１との配置を、光経路を基準に、逆順に配置した図である。図１８に示されたように、このような配置によっても、前述した順方向配置と同一の効果を得ることができ、配置の順序は自由に変更されることができる。
【００８１】
図１９は、透過型回折板を利用する場合の波長別効率を示す図である。入射角を固定させ、波長を可変しながら測定した効率を示し、各放物線は、一つの固定入射角で測定した波長別効率の値を意味する。図１９に示されたように、透過型回折板の入射角度が波長に対応しない場合、効率が急激に低下するので、透過型回折板を利用する場合に波長別入射角を制御し、これにより変わる回折角に対する光経路の設定を制御する必要性があることがわかる。即ち、効果的な波長可変のためには、２段階の制御が必要であることを示すグラプである。
【００８２】
図２０は、本発明の実施例に係る光学キャビティの効率を示す図である。図２０に示されたように、設計時に最適な効率の回折角度で光経路を構成し、選択波長に対して当該最適な環境が自動的に提供されるように動作するので、単一の制御だけでも、全ての波長に対して波長別最大の効率を得ることができる。
【００８３】
以上、本発明の特定の好ましい実施例について図示し、なお説明した。しかし、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の本発明の要旨を離脱することなく、当該発明の属する技術分野において通常の知識を有する者ならば、誰でも多様な変形実施が可能であろう。
【符号の説明】
【００８４】
２１    前後面透過板
２２    格子
１０１    レーザーダイオード
１０２    視準レンズ
１０３    透過型回折板
１０４    鏡
１０５    レンズ
１０６    ピンホールレンズ
１０７    カプラー
２１０    透過型回折板
２２０    鏡
２３０    透過型回折板
２４０    鏡
２５０    回折部
２６１    透過型回折板
２６２    鏡
２６３    結合部
２６４    回転部
２７１    透過型回折板
２７２    鏡
２７３    結合部
３００    レーザーダイオード
３０１    視準レンズ
３０２    回折部
３０３    レンズ
３０４    モニター部
３０５    ピンホールレンズ
３０６    カプラー
３０７    補正部
３１０    制御部
３１２    回折板駆動部
３１３    レーザー駆動部
４０１    レーザー光源
４０２    レーザー光源
４０３    レーザー光源
４１０    透過型回折板
４２０    リボルバー形態
４２１    光源
４３０    リニアー形態
４３１    光源
４５１    鏡
４５２    透過型回折板
【図１】
2010525604.tif 000003
【図２】
2010525604.tif 000004
【図３】
2010525604.tif 000005
【図４】
2010525604.tif 000006
【図５】
2010525604.tif 000007
【図６】
2010525604.tif 000008
【図７】
2010525604.tif 000009
【図８】
2010525604.tif 000010
【図９】
2010525604.tif 000011
【図１０】
2010525604.tif 000012
【図１１】
2010525604.tif 000013
【図１２】
2010525604.tif 000014
【図１３】
2010525604.tif 000015
【図１４】
2010525604.tif 000016
【図１５】
2010525604.tif 000017
【図１６】
2010525604.tif 000018
【図１７】
2010525604.tif 000019
【図１８】
2010525604.tif 000020
【図１９】
2010525604.tif 000021
【図２０】
2010525604.tif 000022
【国際調査報告】
2010525604.tif 000023
2010525604.tif 000024