(57)【要約】【課題】  従来に比べ波長幅が狭い波長可変レーザー共振器及びその波長掃引方法の提供。【解決手段】    共振器に回折格子を２重に配置することで分散を高め発振波長幅を狭くし、波長掃引は回折格子の支点を中心とした回転と、それに同期した全反射鏡の平行移動により行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分散素子に、斜入射型配置の第１回折格子及びその回折光を回折するための第２回折格子を用いる共振器。    
【請求項２】
レーザー媒質を中心に全反射鏡、第１回折格子及び第２回折格子で構成され、レーザー媒質から得られたレーザー光が第１回折格子に入射し、第１回折格子からの１次回折光が第２回折格子に入射し、その回折光を再び第１回折格子１に戻すことにより、発振波長幅が狭く、且つ単一縦モードのレーザー光を発振させる請求項１記載の共振器。
【請求項３】
第２回折格子をその支点を中心に回転させ、同時に全反射鏡を移動機構により移動させることにより、波長掃引と縦モード維持とを可能とすることを特徴とする波長掃引方法。
【請求項４】
共振器がレーザー媒質を中心に全反射鏡、第１回折格子及び第２回折格子で構成され、レーザー媒質から得られたレーザー光が第１回折格子に入射され、第１回折格子からの１次回折光が第２回折格子に入射され、その回折光を再び第１回折格子に戻し、その際に、各波長での第１回折格子と第２回折格子の回折角と第２回折格子の回転角との間の幾何学的関係を満足し、同時に、全反射鏡から第１回折格子を経て第２回折格子までの共振器長が、発振波長の半分の整数倍となる条件を満足するように、全反射鏡を移動機構で第２回折格子の回転と同期させて移動させることにより、発振波長幅が狭く、且つ単一縦モードのレーザー光を発振させる請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの回路格子を用いた波長可変レーザー共振器及びその波長掃引方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、１つの回折格子を用い、その回折光を全反射鏡により折り返すことにより共振器を構成していたものがある（例えば、特許文献１参照）。
以下、図２により従来の共振器について説明する。共振器は、レーザー媒質５を中心に、全反射鏡３、回折格子１、波長選択用全反射鏡６の間で構成される。従来は、回折格子１からの回折光を波長選択して再び回折格子１へ折り返す目的で、波長選択用全反射鏡６を用いていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
即ち、上記図２の共振器では、光源からの光がレーザー媒質である波長可変固体レーザー素子に入射され、得られた入射励起光の波長選択が回折格子を経て波長選択用全反射鏡により行われ、単一縦モードのレーザー光を発振することが記載されている。単一縦モードのレーザー光とは、発振光の縦モードが単一で、僅かなエネルギー幅を選択的に励起できるほどエネルギー幅が狭く安定したスペクトルを有するものである。
【特許文献１】特開平４−３３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法では、発振波長幅が広く、単一縦モード発振が容易ではなかった。本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、発振波長幅を狭め、単一縦モード発振をより容易に実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、図１に示されるように、回折格子１の回折光を反射させる目的に、従来の波長選択用全反射鏡に代わって回折格子２を用いることにより、発振波長幅が狭く、且つ単一縦モードのレーザー光を発振させる。又、波長掃引（共振器からの発振光の波長を連続的に変える）は、回折格子２の支点Ｃを中心とした回転、及びその回転に同期して、全反射鏡３を、その波長での回折格子１と回折格子２との回折角度条件を満足し、且つ、単一縦モードのレーザー光の満たすべき条件を同時に満足する共振器長となる位置まで全反射鏡を移動させることにより行う。
【０００６】
前記回折角度条件とは、ある発振波長λにおいて、その波長で２つの回折格子の回折角が満たすべき条件であり、下記式（１）、（３）の条件であり、又、前記同時に満足するとは、ある波長λにおいて、常に下記式（１）、（３）とその条件で、下記式（４）の条件を満たすようにＬ２（図４参照）を変えることにより２つの条件を満たすことである。したがって、発振波長は、回折格子２の回転角度で決まり、回折格子２の回転により波長を掃引、変化させる場合、ある回転角度に回折格子２があるとき、その角度により決まる波長である。この波長に必要とされるモード条件を満たすために共振器の長さを移動機構により変化させる。
【０００７】
本発明における技術的背景を説明すると、以下のとおりである。
（発振波長幅が狭いことについて）
波長分散素子である回折格子の回折角度と入射光の波長との分散関係は、一般に次式で表される。
[数１]
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ                  （１）                                                    
ｄ：回折格子周期
ｍ：回折次数
λ：波長
α：入射光の入射角
β：回折角  
本発明では、図４に示されるように従来の反射鏡を用いた場合に比べ、２つ目の回折格子を用いることにより、この分散度が更に増し、共振器内で定在波になる波長をより狭くすることができる。即ち、２つ目の回折格子により、波長の分散がより増え、共振器内で定在波を構成する波長幅が狭くなることにより、出力光の幅を狭くすることができる。
（単一縦モードについて）
共振器の長さがＬ、入射光の波長がλの場合には、それら縦モードの関係は次式で表される。
[数２]
Ｌ＝ｎ・（λ／２）                              （２）
ｎは整数
縦モードは、図３（ａ）に示されるように間隔ｃ/２Ｌでたつ。この場合、図３（ｂ）の破線で示されるように発振波長幅が広ければ、得られる発振光は、図３（ｃ）の破線に示されるようにモードが複数たち、波長幅は広くなる。しかし、図３（ｂ）の実線に示されるように波長幅を狭くすることにより、図３（ｃ）の実線に示されるように発振波長をモード１本だけとすることができる。
（幾何学的関係について）
２番目の回折格子に関しては、図４に示されるように、入射光と出射光の角度は同じγであるので、それと入射光の波長λとの関係は次の式で表される。
[数３]
２ｄ・ｓｉｎγ＝ｍ’λ                          （３）
ｍ’：回折次数
（１）と（３）を連立してといて、ある入射角αで入射した波長λの光の回折角β、γを求める条件が、回折格子の幾何学的条件となる。また、波長を変えた場合に、その波長変化に必要とされる２番目の回折格子の回転角度θにも幾何学的に満たすべき関係がある。
（全反射鏡の移動について）
単一縦モードの条件は、図４に示されるように、共振器長L1とL2の和が、（２）式と同様に、その波長λでのモード条件、
[数４]
L1＋L2＝ｎ・（λ／２）                      （４）
を満たすことである。
【０００８】
逆に、移動機構により、L2の距離を
[数４’]
L2＝ｎ・（λ／２）―  L1                    （４’）
となるように変えることで、常に単一縦モードの条件を満たすことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明における、回折格子１の回折光を反射させる目的に、従来の波長選択用全反射鏡に代わって回折格子２を用いる構成により、波長幅の狭い波長可変レーザー光源が提供できる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。
共振器は、レーザー媒質５を中心に全反射鏡３、波長分散素子である回折格子１及び回折格子２の間で構成される。レーザー媒質から得られたレーザー光は、回折格子１に入射する。回折格子１からの１次回折光は回折格子２に入射し、その回折光を再び回折格子１に戻すことにより、発振波長幅が狭く、且つ単一縦モードのレーザー光を発振する。
【００１１】
共振器の波長掃引は、回折格子２の支点Ｃを中心とした回転により行う。この際、各波長での回折格子１と回折格子２の回折角と回転角との間の幾何学的関係を満足し、同時に、全反射鏡から回折格子１を経て回折格子２までの共振器長が、発振波長の半分の整数倍となる条件を満足するように、全反射鏡移動機構４により全反射鏡３を、回折格子２の回転と同期させて移動させることにより、単一縦モードを保った共振器の波長掃引を行う。
【実施例】
【００１２】
チタンサファイア結晶をレーザー媒質として用い、１８００本／ｍｍの回折格子を２本、８００ｎｍの中心反射波長を有する全反射鏡により、図１と同様の共振器を構成した。共振器長は約７．８ｃｍであった。ヤグレーザーの第２高調波による励起により、発振波長８１１ｎｍにおいて、単一縦モード発振を達成できた。この際、励起光入力約２５ｍＪで発振光出力約１．１ｍＪを得た。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、同位体分離、高分解能分光、ウラン濃縮、使用済み核燃料の核分裂生成物の分離回収等の波長可変光源として使用される。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の共振器の構成を示した平面図である。
【図２】従来の共振器の構成を示した平面図である。
【図３】単一縦モード発振の原理（（追加））を示す図である。
【図４】本発明の共振器の回折格子の回転角及び回折光の角度を示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１：  第１回折格子
２：  第２回折格子
３：  全反射鏡
４：  全反射鏡移動機構
５：  レーザー媒質
６：  波長選択用全反射鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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