(57)【要約】【課題】レーザ光の発振モード検出器を提供し、このような検出器を用いるレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ光をオプティカルウェッジ１６に導きオプティカルウェッジ１６の表面と裏面とで反射する光ビームの光路差を利用して、フォトディテクタ１７の受光面に干渉縞を発生させる。この干渉縞は、レーザ光の発振モードに応じてそのパターンを変化させる。フォトディテクタ１７は複数個のフォトディテクタから構成されており、各々のフォトディテクタから検出される出力信号の最小値と最大値との比を表す比較信号を演算制御器３０で検出する。ここで、比較信号の値がレーザ光の発振モードに応じて変化するように、予め、各々のフォトディテクタを配置する。【選択図】図１
2007200973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一または複数の波長を有するレーザ光の発振モードを検出するレーザ光の発振モード検出器であって、
前記レーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く光学部材と、
前記光学部材によって生じる光路差によって前記所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を備え、
前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることを特徴とするレーザ光の発振モード検出器。
【請求項２】
前記受光素子は、前記レーザ光が有する複数の波長の値の異なりが大きいほど、前記比較信号の値が大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の発振モード検出器。
【請求項３】
前記演算器は、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比を前記レーザ光の光強度に応じた信号で割り算した信号を比較信号とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の発振モード検出器。
【請求項４】
前記光学部材は、オプティカルウェッジであり、
前記複数の受光素子は、前記オプティカルウェッジの前記レーザ光を透過する面に対して略平行な面上に、列状に受光面を配置した複数のフォトディテクタであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の発振モード検出器。
【請求項５】
一または複数の波長を有するレーザ光を出力するレーザ装置であって、
内部共振器によって特定される一または複数の周波数で発振する複数の発振モードを有するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードからのレーザ光を入力して特定の範囲の周波数を選択する外部共振器と、
前記外部共振器からのレーザ光の発振モードを検出するモード検出器と、
前記レーザダイオードに流れる電流を制御するレーザダイオード電流制御器と、
を備え、
前記モード検出器は、
前記外部共振器からのレーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ光路差を有して導く光学部材と、
前記光学部材によって生じる光路差によって発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を具備し、
前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることによってレーザ光の発振モードを検出し、
前記検出されたレーザ光の発振モードに応じて前記レーザダイオード電流を制御することを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】
前記光学部材によって前記複数の受光素子に導かれるレーザ光は、単一波長のシングルモード、レーザダイオードを構成する内部共振器の特性で定められる複数の波長を有する内部共振モード、前記内部共振モードにおける各々の波長の異なりよりも波長の異なり量が少ない、外部共振器の特性で定められる複数の波長を有する外部共振モードのいずれかのモードとして得られるものであり、
前記複数の受光素子は、前記シングルモード、前記外部共振モード、前記内部共振モードの順番で大きくなる比較信号を検出するように配列されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光の発振モード検出器およびこれを用いるレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源としては、ガスレーザ、レーザダイオード（半導体レーザ）等が従来用いられている。レーザ光源の産業上の応用は多岐に渡るが、特に、レーザダイオードは小型、省電力、取り扱いが容易であることから、ＣＤ、ＤＶＤ等の光記録再生装置に多用されている。近年、次世代の光記録再生装置として、ホログラム記録媒体（ホログラムメモリ）に情報を記録し、ホログラム記録媒体から記録された情報を再生するホログラム記録再生装置（ホログラム記録装置またはホログラム再生装置並びにホログラム記録および再生装置）の開発が進んでいる。
【０００３】
ホログラム記録装置では、ページ単位に構成された記録すべき情報（記録データ）によって変調された信号光と、その信号光を生成する同一のレーザ光源からの参照光とを発生させ、ホログラム記録媒体に照射する。それによって、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光とが干渉してホログラム記録媒体中に干渉縞が形成され、その干渉縞をホログラム記録媒体の屈折率または透過率の変化による回折格子（ホログラム）として形状化して記録データが記録される。
【０００４】
また、このようにして記録された回折格子（ホログラム）から記録データを再生するホログラム再生装置では、記録済みの記録媒体に形成された回折格子（ホログラム）に参照光を照射して発生された回折光(再生光)を受光素子で検出して記録データを再生できる。
【０００５】
このようなホログラム記録再生装置に用いるレーザ光源としては、シングルモードにちかいレーザ光源が望ましいところから、ガスレーザ、ＳＨＧレーザ等が従来用いられていた。近年、レーザダイオードの発振波長が短波長化されてきており青色のレーザダイオードも出現しているので、小型、省電力であるレーザダイオードを使用した波長を可変とする外部共振器型レーザ装置が注目されている。例えば、図９に示すように、マルチモードで発振するレーザダイオード１０１をレンズ１０３で平行光として、回折格子１０２に照射して、支点１０５を中心として回折格子１０２をねじ１０４によって回転させて、回折格子１０２とレーザダイオード１０１との相対角度を調整して、回折格子１０２で回折してレーザダイオード１０１に戻る１次光のレーザ波長と等しい特定の波長を選択して発振させ、０次光を得るリトロウ（Littrow）型レーザ装置についての提案もなされている（例えば、非特許文献１を参照）。
【非特許文献１】Tomiji.Tanaka, et al. 「Littrow-type blue laser for holographic data storage」, Technical digest of Optical Data Storage 2004 p311
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような外部共振器型レーザ装置によ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が実現出来る。しかしながら、通常のレーザダイオードはマルチモードで発振するために、外部共振器型レーザ装置においても、レーザダイオードに印加されるレーザダイオード電流によっては縦モード発振の周波数がホップするモードホップ現象が生じ、コヒーレンシーが劣化することもあり得る。そこで、安定した記録再生の動作の為には、モードホップ現象が生じた場合にはこれを検出するための検出器が必要となり、さらには、そのような検出器を備えたレーザ装置が必要となるが、従来、このようなモードホップを検出する良好なる検出器およびこのような検出器を組み込んだレーザ装置の提供は困難であった。
【０００７】
本発明は上述の課題を解決し、レーザ光が有している波長がどのようなものであるかを検出するレーザ光の発振モード検出器を提供し、さらに、このような検出器を用いたレーザ装置を提供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】
【０００８】
本発明のレーザ光の発振モード検出器は、一または複数の波長を有するレーザ光の発振モードを検出するレーザ光の発振モード検出器であって、前記レーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く光学部材と、前記光学部材によって生じる光路差によって前記所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を備え、前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることを特徴とする。
【０００９】
このレーザ光の発振モード検出器は、一または複数の波長を有するレーザ光の発振モードを検出するレーザ光の発振モード検出器であって、光学部材と、複数の受光素子と、演算器と、を備える。光学部材は、レーザ光を透過するとともに、レーザ光の一部を透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く。また、複数の受光素子の各々は、光学部材によって生じる光路差によって所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する。演算器は、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める。そして、複数の受光素子は、レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、比較信号の値が異なったものとなるように配置されているので、レーザ光の発振モードを検出できる。
【００１０】
本発明のレーザ装置は、一または複数の波長を有するレーザ光を出力するレーザ装置であって、内部共振器によって特定される一または複数の周波数で発振する複数の発振モードを有するレーザダイオードと、前記レーザダイオードからのレーザ光を入力して特定の範囲の周波数を選択する外部共振器と、前記外部共振器からのレーザ光の発振モードを検出するモード検出器と、前記レーザダイオードに流れる電流を制御するレーザダイオード電流制御器と、を備え、前記モード検出器は、前記外部共振器からのレーザ光を透過するとともに、前記レーザ光の一部を前記透過方向とは異なる方向へ光路差を有して導く光学部材と、前記光学部材によって生じる光路差によって発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、前記複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を具備し、前記複数の受光素子は、前記レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、前記比較信号の値が異なったものとなるように配置されることによってレーザ光の発振モードを検出し、前記検出されたレーザ光の発振モードに応じて前記レーザダイオード電流を制御する。
【００１１】
このレーザ装置は、一または複数の波長を有するレーザ光を出力するレーザ装置であって、レーザダイオードと、外部共振器と、モード検出器と、レーザダイオード電流制御器と、を備える。レーザダイオードは、内部共振器によって特定される一または複数の周波数で発振する。外部共振器は、レーザダイオードからのレーザ光を入力して特定の範囲の周波数を選択する。モード検出器は、外部共振器からのレーザ光の発振モードを検出する。レーザダイオード電流制御器は、レーザダイオードに流れる電流を制御する。ここで、モード検出器は、外部共振器からのレーザ光を透過するとともに、レーザ光の一部を透過方向とは異なる方向へ光路差を有して導く光学部材と、光学部材によって生じる光路差によって発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子と、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最小値と、複数の受光素子の各々の出力信号の中の最大値との比に応じた比較信号を求める演算器と、を具備する。そして、複数の受光素子は、レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、比較信号の値が異なったものとなるように配置されることによってレーザ光の発振モードを検出し、検出されたレーザ光の発振モードに応じてレーザダイオード電流を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光の発振モード検出器を提供し、このような検出器を用いるレーザ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照して、実施形態のレーザ光のマルチモード発振検出器およびこれを用いるレーザ装置について説明する。
【００１４】
本実施形態において用いるレーザ装置１０は、リトロウ型の外部共振器型レーザ装置であり、マルチモードで発振するレーザダイオード１１、コリメートレンズ１２、回折格子１３、ミラー１４、２分割されたフォトディテクタ１５、オプティカルウェッジ１６および列状フォトディテクタ１７を主要な光学部品として備え、さらに、演算制御器３０を備えるものである。
【００１５】
（波長可変機構について）
まず、図１に示すレーザ装置１０において、レーザ波長を可変とする可変機構について説明する。ミラー１４と回折格子１３とは固着され、回転軸２７を中心に紙面内の矢印で示す方向に回転可能とされている。ここで、回折格子表面１３ａとミラー表面１４ａとの延長線が交わる線を回転軸２７の中心としている。この回転軸２７を中心として回転をさせるために、回転機構が歯車機構４１ｂ、歯車機構４１ｃおよびモータ４１ａから構成されている。すなわち、歯車機構４１ｂがミラー１４と回折格子１３とに固着され、この歯車機構４１ｂと噛み合うように、歯車機構４１ｃが配されており、歯車機構４１ｃはモータ４１ａの回転軸に連結されている。これによって、モータ４１ａの回転応じて、回折格子表面１３ａとミラー表面１４ａとのなす角度を一定に、例えば、９０°の一定の角度に保ちながら、ミラー１４と回折格子１３とを回転軸２７を中心として回転させることができる。
【００１６】
図１に示すレーザ装置１０の作用を説明する。レーザダイオード１１から出射された光ビーム２０はコリメートレンズ１２で平行光とされ、平行光とされた光ビーム２１は回折格子１３で、波長ごとに異なった方向へ向かう回折光である１次光を発する。回折格子１３は、その波長ごとに異なった方向へ回折するが、それらの１次光のうち、レーザダイオード１１に戻る１次光もあり、このレーザダイオード１１に戻る１次光の波長は、回折格子１３とレーザダイオード１１との角度および両者間の距離によって変化する。そして、レーザダイオード１１に戻る方向の１次光が該当する波長が優勢となり、レーザダイオード電流を適切に設定することによって、レーザダイオード１１は、その波長でシングルモードにちかい発振をおこなうこととができることとなる。ここで、回折格子は、外部共振器としての基本的な機能を発揮するものである。
【００１７】
一方、レーザダイオード１１からの光ビームの大半は回折格子１３がミラーであるかのように反射して光ビーム（０次光）２２として、最終的には光ビーム（０次光）２５として、出射されるので、この０次光２５として出射される光ビームを種々の機器、たとえばホログラム記録再生装置に使用することができる。
【００１８】
回折格子１３のレーザダイオード１１に対する角度を変えると、レーザ光の波長を変えることができる。この波長を可変とできる特性は、ホログラム記録媒体の温度に応じて記録再生に用いる光ビームの波長を変化させ記録再生特性を向上させることができる点において優れたものである。しかしながら、回折格子１３のレーザダイオード１１に対する角度を変えるのみであれば、０次光の出射方向も変わって、種々の機器に適用することは困難である。そこで、本実施形態のレーザ装置１０では、上述したように回折格子表面１３ａとミラー表面１４ａとのなす角度を一定に保ちながら、ミラー１４と回折格子１３とを回転軸２７を中心として回転させ、回折格子１３からの０次光２２はミラー１４でも反射することにより、０次光２５の出射方向を一定となるようにしている。このようにして、種々の機器の光源、特にホログラム記録再生装置に用いるに最適なものとできる。
【００１９】
ここで、ミラー１４は、ミラー表面１４ａに照射される光ビームの一部がミラー１４の背面に透過する透過型ミラーとされ、全体の光ビームエネルギーの約５％程度が透過して２分割されたフォトディテクタ１５に到達されるようになされている。２分割されたフォトディテクタ１５はフォトディテクタ１５ａとフォトディテクタ１５ｂとを有しており、フォトディテクタ１５ａとフォトディテクタ１５ｂとで受光される光量の割合によって、０次光２５の波長が検出できるようになされている。
【００２０】
具体的には、フォトディテクタ１５ａの受光光量に応じた出力信号Ｓ１５ａの電圧Ｖ１５ａとフォトディテクタ１５ｂの受光光量に応じた出力信号Ｓ１５ｂの電圧Ｖ１５ｂとの差を検出し回転軸２７を中心とするミラー１４と回折格子１３との回転角度が検出できる。また、この回転角度と０次光２５の波長とは、上述したように１対１の対応関係があるので、演算制御器３０に配された記憶テーブルに、予め、電圧Ｖ１５ａと電圧Ｖ１５ｂとの差電圧と０次光２５の波長との関係を記憶しておき、差電圧から波長を求めることができる。
【００２１】
そして、所望の波長の０次光２５を得るために、演算制御器３０からモータ４１ａに対して駆動信号Ｓｍｄを出力し、歯車機構４１ｂおよび歯車機構４１ｃによって、回転軸２７を中心として、ミラー１４と回折格子１３とを回転させることができる。
【００２２】
以上において説明したレーザ装置１０は、リトロウ型の外部共振器型レーザ装置であったが、以下に述べるモードホップ検出器と組み合わせるにおいては、リトロウ型に限らず、リットマン型の外部共振器型レーザ装置であっても、同様に組み合わせての使用が可能となるものである。
【００２３】
（モードホップ検出器について）
【００２４】
モードホップ検出器は、光路中に置かれたオプティカルウェッジ１６と、列状フォトディテクタ１７と、演算制御器３０と、を有して構成されるものである。
【００２５】
オプティカルウェッジ１６は、レーザ光を透過するとともに、レーザ光の一部を透過方向とは異なる方向へ所定方向に対して光路差を有して導く光学部材として機能するものである。オプティカルウェッジ１６に入射する光ビーム（０次光）２４の大部分は透過して０次光２５として利用されるが、残りの部分は、オプティカルウェッジ１６の表面、裏面で反射する。この表面で反射する光ビームと、この裏面で反射する光ビームとの光路差によって列状フォトディテクタ１７の受光面上で干渉縞を形成する。レーザダイオード１１の自身の特性と、レーザダイオード１１と回折格子１３と、の位置関係とによってモードが変化する場合には、この干渉縞のパターンが変化するので、干渉パターンの変化を検出することによって、定常的に現在のモードを検出できるのみならず、モードが変化するモードホップを検出できる。
【００２６】
図２に、オプティカルウェッジ１６によって生じるフリンジ（干渉縞）を模式的に示す。ここで、フリンジの形状は、オプティカルウェッジ１６の厚みと両面のなす角、オプティカルウェッジ１６と、略一列に列状に配置された列状フォトディテクタ１７のなす角度によって決めることができるものである。本実施例では、一例として、オプティカルウェッジ１６の厚みを３．５ｍｍ、両面のなす角を９０秒とした。
【００２７】
ここで、発振モードは、単一の周波数で発信するシングルモード、外部共振器に基づく、波長が５ｐｍ（ピコ・メータ）程度、離間した複数のスペクトラムを有する外部共振モード、レーザダイオード内に形成される共振器（内部共振器）に基づく、波長が４０ｐｍ程度、離間した複数の縦モードのスペクトラムを有する内部共振モードの３種類に分類できる。ホログラム記録再生においては、シングルモード、および外部共振モードにおいては、良好な記録再生ができるが、内部共振モードでは、記録再生特性が劣化することが知られており、この観点から、レーザ装置１０の発振モードを検知することが重要となっている。
【００２８】
列状フォトディテクタ１７は、光学部材によって生じる光路差によって所定方向に発生させられる干渉縞の輝度に応じた出力信号を出力する複数の受光素子として機能するものである。列状フォトディテクタ１７は、上述した干渉縞のパターンの変化をとらえる上述の所定方向に２以上の個数の分割ディテクタとして構成されており、個別のフォトディテクタを列状に配したものであっても、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサのような一体化した複数の受光センサを備えるものであっても良い。列状フォトディテクタ１７からは、複数のフォトディテクタの各々から、出力信号Ｓ１７が出力され、後述する演算をおこなうために演算制御器３０に入力されている。また、本実施形態では、レーザ光が有する複数の波長の値の異なりが大きいほど、すなわち、シングルモード、外部共振モード、内部共振モードの順番で後述する比較信号の値が大きくなるように配置されている。
【００２９】
ここで、列状フォトディテクタ１７は、レーザ光が有する波長の組み合わせに応じて、比較信号の値が異なったものとなるように配置されるものであれば、モード検出器としての機能を発揮するものである。配列をどのようにするかの一例を本実施形態の配置に沿って以下に具体的に説明する。列状フォトディテクタ１７の配置される位置におけるフリンジピッチ（干渉縞の周期）は、本実施形態の光学部品と光学部品配置では２９０μｍ（マイクロ・メータ）となり、光路差である１０ｍｍ（ミリ・メータ）に応じたコヒーレンシーを得ることになる。
【００３０】
図３に、このような２９０μｍのフリンジピッチを検出するに好適なる列状フォトディテクタ１７の一例を示す。列状フォトディテクタ１７は、フォトディテクタ１７ａないしフォトディテクタ１７ｆからなり、フォトディテクタ１７ａとフォトディテクタ１７ｂ、フォトディテクタ１７ｃとフォトディテクタ１７ｄ、フォトディテクタ１７ｅとフォトディテクタ１７ｆの各々の組みで構成される組み合わせが繰り返して配置されている。各々のフォトディテクタのフリンジの変化方向への幅は、６３μｍとし、フォトディテクタ１７ａとフォトディテクタ１７ｂ、フォトディテクタ１７ｃとフォトディテクタ１７ｄ、フォトディテクタ１７ｅとフォトディテクタ１７ｆの各々の組みの相互の離間距離は４μｍとし、上述した各組の相互間のフリンジの変化する所定方向への距離は１６０μｍとした。
【００３１】
フリンジのコントラスト（明暗の輝度の差）が最大となるのは、レーザがシングルモードで発振する場合である。この場合に、フリンジが波長変化などで移動したときの列状フォトディテクタ１７の各々からの出力信号を図４に示す。ここで、フォトディテクタ１７ａないしフォトディテクタ１７ｆの各々からの出力信号の位相が均一にずれていることが、広範囲な波長を検出する点においては望ましい。上述したように、この条件は、各々のフォトディテクタのフリンジの変化方向への距離を調整することによって可能となるが、この他に、オプティカルウェッジ１６と列状フォトディテクタ１７のなす角度等を調整することによっても、フォトディテクタ１７ａないしフォトディテクタ１７ｆの各々からの出力信号の位相を均一にずらすことが可能となる。さらには、オプティカルウェッジ１６の厚み、あるいは、両面のなす角度を調整することによっても好適な条件を作り出すことができる。
【００３２】
仮に、フリンジが移動しないのであれば列状フォトディテクタ１７のフォトディテクタの数は２個（フリンジの明暗のピークのそれぞれに対応した位置に配置する２個のフォトディテクタ）で十分であるが、現実には、モードホップが生じる、生じないに関わらず、レーザ装置１０を構成する光学部品である、レーザダイオード１１、コリメートレンズ１２、回折格子１３、ミラー１４および列状フォトディテクタ１７の相互の位置が温度変化によって移動することによってフリンジの位置も移動し、上述したような２個のフォトディテクタをフリンジの明暗のピークの位置に常時は位置をすることが困難となる。
【００３３】
そのために、実験結果の示すところによれば、フォトディテクタの数は、６個程度が必要となる。なお、このように６個のフォトディテクタから均一に位相がずれる信号が取れるような配置でレーザ光のコヒーレンシーが悪くなった場合は、複数の波長のレーザ光が発生する複数の干渉縞が相殺するので、６個の各々のフォトディテクタから出力信号の位相差は同じままで均等に振幅が低減する。
【００３４】
０次光２５をホログラム記録再生に用いる場合においては、常時一定の光ビーム強度で使用することは少ないので、この６個の各々のフォトディテクタから出力信号が光ビーム強度に影響されないように規格化しなくてはならない。本実施形態では、簡易的に規格化を行うために、逆位相関係（干渉縞の明暗が逆となる位置に配置された関係）に最も近い、フォトディテクタ１７ｂからの出力信号Ｓ１７ｂとフォトディテクタ１７ｄからの出力信号Ｓ１７ｄの和で、各々のフォトディテクタの出力信号である出力信号Ｓ１７ａないし出力信号Ｓ１７ｆの各々を割ることによって簡易な規格化（以下、簡易規格化と称する）を行った。出力信号Ｓ１７ｂと出力信号Ｓ１７ｄとの和がフリンジの移動によらず一定に近いものとなる点において、この信号を用いる規格化に適している。しかしながら、規格化は、このような方法のみならず、全体の光量である６個のフォトディテクタ１７ａないしフォトディテクタ１７ｆからの出力信号の総和や、２分割されたフォトディテクタ１５からの出力信号Ｓ１５ａと出力信号Ｓ１５ｂとの和で割ることによって行うものであっても良いものである。
【００３５】
次に、これらの規格化された６個のフォトディテクタの各々の出力信号のうちから最大値と最小値を探し出し、（最小値）／（最大値）を算出する。この算出結果として得られる信号を以下、比較信号と称する。この比較信号がフリンジのコントラストを判定する簡易な指標となる。すなわち、比較信号の値が小さいときはフリンジのコントラストが大きく、比較信号の値が大きいときはフリンジのコントラストが小さいことを表すものとなる。以下に詳細に説明するが、この比較信号の値が、レーザの発振モードを表す指標となる。なお、上述した比較信号を得るための演算は演算制御器３０で行うものである。
【００３６】
図５に、簡易規格化の後の６個のフォトディテクタの出力信号の中の、最大値、最小値および比較信号の各々を縦軸に、フリンジの移動量を横軸として示す。ここで、実線は比較信号、破線は最大値を示し、一点鎖線は最小値の各々を示すものである。また、簡易規格信号の振幅がフリンジの位置に対して均一になってはいないが、このこと自体は、モードを特定するために大きな障害となることはない。すなわち、モード検出に用いる最終的な比較信号においては、これらの振幅変動は相殺されるので問題はなく、上述したフォトディテクタ１７ｂとフォトディテクタ１７ｄとからの出力信号の和のみによる簡易規格化で、適切にモードホップが検出できるものである。だだし、あまりにも振幅変動が大きくてその後の比較信号の算出処理にあたって、精度上の問題が生じるような場合には、簡易規格ではなく全光量で規格化する必要がある。
【００３７】
図５を参照すると、０次光２５のスペクトルがシングルモードであれば、フリンジの位置がどこにあっても比較信号は、とり得る値の１７％未満のどこかであることがわかる。逆に１７％以上であればシングルモードよりもコヒーレンシーが劣化しているとわかる。なお、マルチモードでコヒーレンシーがゼロの場合は干渉縞が相殺してなくなり、フォトディテクタ１７ａないしフォトディテクタ１７ｆからの出力信号が全て等しくなり、最大値と最小値が等しくなるので、比較信号の値は１(１００％)となる。
【００３８】
ここで、シングルモードであるか、否かの判断の閾値（以下、シングルモードホップ閾値と称する）となる１７％は、上述したような、特定の寸法を有する、オプティカルウェッジ１６と列状フォトディテクタ１７と、特定の、レーザダイオード１１と回折格子１３とによって生じる内部共振モードと外部共振モードとを有するレーザ装置１０に固有の値であって、この他の組み合わせにおいては異なる値をとり得るものであるが、このシングルモードホップ閾値は、実験データによって予め決め得るものである。
【００３９】
以上は、シングルモードの場合と、コヒーレンシーがゼロの場合とについての両極端の場合についての説明であったが、これ以外の場合の発振スペクトルと比較信号の関係を実験により求めた。なお、実験には、光スペクトルアナライザ（アドバンテスト社、Ｑ８３４７）を使用した。
【００４０】
図６（Ａ）は、このレーザ装置１０が、内部共振器(ＬＤ)モードで動作している場合（以下、ＬＤモードホップと称する）のコヒーレンシーを示し、図６（Ｂ）は、この場合における発振スペクトルを示す。いずれも、光スペクトルアナライザで測定した表示結果を示すものである。この場合におけるＬＤモードホップ中のモード間隔は４０ｐｍであり、このオプティカルウェッジ１６の屈折率を考慮した光路差である１０ｍｍでは干渉性が１５％となっている。これは比較信号の振幅が最大時の１５％しかないことに相当するので、最大時の比較信号の変動範囲が０〜１００とすると、この時は４２．５〜５７．５の変動範囲となり、比較信号の値は式（１）のＩで表される。また、フリンジの移動量によってはそれより大きい値をとることもあり得る。
【００４１】
Ｉ＝42.5/57.5≒0.739・・・（１）
【００４２】
次に、図７には、内部共振モードホップ中でありながら、最も干渉性が高い場合のコヒーレンシーとスペクトルの測定結果を示す。この時の干渉性は４０％であるので比較信号は３０〜７０の変動範囲となり、比較信号の値は式（２）のＩで表される。また、フリンジの移動量によってはそれより大きい値をとることもあり得る。
【００４３】
I＝30/70≒0.429・・・（２）
【００４４】
ここで、オプティカルウェッジ１６の厚みと光路差とについて述べる。光路差を１０ｍｍにしたのは、図６と図７に示す、両スペクトルの干渉性がある程度劣化する光路差が１０ｍｍであったので、そのようにしたものであり。外部共振器を用いたレーザ装置においては、ＬＤモードホップと外部共振器モードホップとの、各々のモードホップ特性に応じて、それらを勘案しながら光路差を決定すれば良いものである。
【００４５】
上述した２つのモードホップ中の測定結果より、図８に、レーザダイオード１１の電流に対する、レーザの発振スペクトルおよび比較信号を示す。ここで、点線で示すのは発振波長である。図８から分かるように、符号ｂを付した範囲の外部共振器モードホップを数回繰り返したあとに、符号ｃを付した範囲のＬＤモードホップ状態が発生している。また、レーザダイオード１１の電流が数ｍＡの狭い範囲では、符号ａを付した範囲のシングルモードとなっている。このようにモードが推移していく場合の比較信号は太線で示される。シングルモードの場合には、比較信号は１７％（シングルモードホップ閾値）未満の低い値を示し、ＬＤモードホップの場合には４３％以上の高い値を示す。
【００４６】
ここで、ＬＤモードホップであるか、否かの判断の閾値（以下、ＬＤモードホップ閾値と称する）となる４３％は、上述したような、特定の寸法を有する、オプティカルウェッジ１６と列状フォトディテクタ１７と、特定の、レーザダイオード１１と回折格子１３とによって生じる内部共振モードと外部共振モードとを有するレーザ装置１０に固有の値であって、この他の組み合わせにおいては異なる値をとりうるものであるが、このＬＤモードホップ閾値は、実験データによって予め決め得るものである。また、１７％（シングルモードホップ閾値）以上で、４３％（ＬＤモードホップ閾値）未満は外部共振器モードホップの領域である。
【００４７】
よって、本実施形態の場合の例では、シングルモードでレーザ装置１０が動作していることを検出したい場合には、検出器からの比較信号が１７％（シングルモードホップ閾値）未満であることを演算制御器３０によって判断し、外部共振器モードホップでレーザ装置１０が動作していることを検出したい場合には、検出器からの比較信号が１７％（シングルモードホップ閾値）以上で４３％（ＬＤモードホップ閾値）未満であることを演算制御器３０によって判断し、ＬＤモードホップでレーザ装置１０が動作していることを検出したい場合には、検出器からの比較信号が４３％（ＬＤモードホップ閾値）以上であることを演算制御器３０によって判断すれば良いこととなる。
【００４８】
（レーザ装置および記録再生装置について）
また、シングルモードでレーザ装置１０を動作させたい場合には、比較信号が１７％未満となるようにレーザダイオード１１の電流を設定し、シングルモードおよび外部共振器モードホップでレーザ装置１０を動作させたい場合には、比較信号が４３％未満となるようにレーザダイオード１１の電流を設定すれば良いこととなる。このような設定は、演算制御器３０からレーザダイオード１１に対するダイオード制御信号Ｓｓｄによって行うことができるものである。
【００４９】
このような検出器を備えるホログラム記録再生装置において、どのモードで、記録または再生を許容するかはホログラムの記録再生を行う光学系およびホログラム記録媒体の特性に依存するので、これらの特性に合わせて、適宜どのモードで使用するかを決めれば良いこととなる。また、このようなモード検出器を有するレーザ装置を備えるホログラム記録再生装置において、どのようなモードホップ領域でレーザ装置が動作しているかを検出し、記録または再生に適したモードホップ領域において、レーザ装置が動作するように、適宜、レーザダイオードの電流を制御すれば良好なる記録再生特性が得られることとなる。
【００５０】
上述したように、本実施形態のモードホップ検出器では、レーザの発振モードの各々を検出するフリンジ生成機構として機能するオプティカルウェッジを備え、そのフリンジの移動をいずれのモードにおいても検知できるフォトディテクタとして列状フォトディテクタを備え、その列状フォトディテクタからの出力信号に基づきフリンジのコントラストを表す比較信号を抽出し、事前の実験結果から得られたモード判別の閾値を設定し、判別する機能を有する演算制御器を備える。そして、別のモードホップ状態が生じた場合には、瞬時にそれを検出するのみではなく、常時、いずれのモードホップ状態でレーザ装置が動作しているかを検出することができる。
【００５１】
また、上述したように、本実施形態のレーザ装置では、レーザの発振モードの各々を検出するフリンジ生成機構として機能するオプティカルウェッジを具備し、そのフリンジの移動をいずれのモードにおいても検知できるフォトディテクタとして列状フォトディテクタを具備し、その列状フォトディテクタからの出力信号に基づきフリンジのコントラストを認識する比較信号を抽出し、事前の実験結果から得られたモード判別の閾値を設定し、判別する機能を有する演算制御器を具備するモードホップ検出器を備え、さらに、レーザダイオードの電流を制御するレーザダイオード電流制御器として機能する演算制御器を備えるので、モードホップ検出器の出力が所望のモードで動作していないことを知らせる場合には、レーザ装置から光ビームを出射する動作を中止するのみならず、所望のモードで動作するようにレーザダイオードの電流を制御することができる。このような機能を有するレーザ装置をホログラム記録再生装置に応用すれば、高性能な記録再生特性を呈することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、開示された技術的思想の範囲内におよぶものである。また実施形態についても、上述の実施形態に限られず、これらを様々に変形し、組み合わせた実施形態が実施可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態のマルチモード発振検出器およびこれを用いるレーザ装置を示す図である。
【図２】オプティカルウェッジによって生じるフリンジ（干渉縞）を模式的に示す図である。
【図３】実施形態のマルチモード発振検出器に用いる列状フォトディテクタを示す図である。
【図４】列状フォトディテクタの各々からの出力信号を示す図である。
【図５】簡易規格化の後の複数個のフォトディテクタの出力信号の中の、最大値、最小値および比較信号の各々を縦軸に、フリンジの移動量を横軸として示す図である。
【図６】実施形態のレーザ装置が、内部共振器モードホップで動作している場合のコヒーレンシーと、発振スペクトルを示す測定結果である。
【図７】実施形態のレーザ装置が、内部共振モードホップの他の条件で動作している場合のコヒーレンシーと、発振スペクトルを示す測定結果である。
【図８】実施形態のレーザダイオードの電流に対する、レーザの発振スペクトルおよび比較信号を示す図である。
【図９】背景技術を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  レーザ装置、１１  レーザダイオード、１２  コリメートレンズ、１３  回折格子、１３ａ  回折格子表面、１４  ミラー、１４ａ  ミラー表面、１５、１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ  フォトディテクタ、１６  オプティカルウェッジ、１７  列状フォトディテクタ、２０、２１、２２、２４、２５  光ビーム、２７  回転軸、３０  演算制御器、４１ａ  モータ、４１ｂ  歯車機構、４１ｃ  歯車機構、４１ｂ  歯車機構、４１ｃ  歯車機構、Ｓ１５ａ、Ｓ１５ｂ、Ｓ１７  出力信号、Ｓｍｄ  駆動信号、Ｓｓｄ  ダイオード制御信号
【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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