(57)【要約】【課題】広範囲にレーザ波長を変化させることができるレーザ装置を提供する。【解決手段】マルチモードで発振し、温度に応じて発振の波長が変化する特性を有するレーザ・ダイオード１１から光ビームを出射して、グレーティング１３から光ビームを反射させ、レーザ・ダイオード１１とグレーティング１３の位置関係に応じてレーザ・ダイオード１１からの光ビームの波長を所定波長とする。さらに、レーザ・ダイオード１１をペルチェ素子３５で冷却または加熱することによってレーザ・ダイオード１１からの光ビームの波長の可変範囲を拡大して、電子機器に利用する光ビーム２５の波長の範囲を拡大する。【選択図】図１
2007305732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモードで発振し、温度に応じて発振の波長が変化する特性を有するレーザ・ダイオードと、
前記レーザ・ダイオードから出射されるレーザ光を受光して、回折光を前記レーザ・ダイオードに戻すグレーティングと、
前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長を変化させる機構部と、
前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長と同一波長の出力光ビームの波長を検出する波長検出器と、
前記レーザ・ダイオードを所定の温度に保つための温度調整器と、
前記機構部を制御して前記出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定するとともに、前記温度調整器を制御して前記レーザ・ダイオードを前記所定波長で発振させる制御部と、を備えるレーザ装置。
【請求項２】
さらに、前記グレーティングで反射した光ビームを所定方向に反射するミラーを具備し、
前記機構部は、前記グレーティングの光ビーム照射面であるグレーティング表面と前記ミラーの光ビーム照射面であるミラー表面とのなす角度を一定に保ちながら、前記グレーティング表面と前記ミラー表面との延長線が交わる線を回転軸として、前記グレーティングと前記ミラーとを回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記ミラーは、ミラー表面に照射される光ビームの一部が前記ミラーの背面に透過する透過型ミラーとして形成され、
前記制御部は、前記ミラーの背面を透過した光ビームを受光して、光ビームの波長に応じた電気信号を検出する２分割ディテクタを具備し、
前記電気信号に基づき検出した前記ミラーの背面を透過した光ビームの波長が前記所定波長と一致するように前記回転機構を制御することを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記温度調整器は、前記レーザ・ダイオードと熱結合された冷却器または加熱器と、
前記レーザ・ダイオードと熱結合された温度検出器と、
を具備し、
前記温度検出器から検出される温度が所定温度となるように前記冷却器または加熱器を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記レーザ・ダイオードの上限発振波長と下限発振波長との範囲内の発振波長範囲に対する温度のテーブルを有し、前記所定発振波長が前記発振波長範囲に存在するように前記温度調整器を制御する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項６】
電子装置に用いるレーザ装置であって、
前記レーザ装置は、
マルチモードで発振し、温度に応じて発振の波長が変化する特性を有するレーザ・ダイオードと、
前記レーザ・ダイオードから出射されるレーザ光を受光して、回折光を前記レーザ・ダイオードに戻すグレーティングと、
前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長を変化させる機構部と、
前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長と同一波長の出力光ビームの波長を検出する波長検出器と、
前記電子装置またはこの電子装置とともに用いられる部材の温度を検出する動作温度検出器と、
前記レーザ・ダイオードを所定の温度に保つための温度調整器と、
前記動作温度検出器で検出された温度に基づき前記所定波長を決定し、前記機構部を制御して前記出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定するとともに、前記温度調整器を制御して前記レーザ・ダイオードを前記所定波長で発振させる制御部と、を備えるレーザ装置。
【請求項７】
前記電子装置はホログラム記録再生装置であり、
前記動作温度検出器はホログラム記録媒体の温度を検出するものである請求項６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、レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光を発生する光源として、半導体レーザが広範囲な産業分野で使用されている。例えば、光データストレージデバイスにおいて半導体レーザが多量に用いられている。このような産業状況の中で、コヒーレント光の波長を変化させることができる光源への要望が段々と大きなものとなって来ている。コヒーレント光の波長を変化させることができる光源が要望される分野としては、例えば、光データストレージの分野においては、次世代の記録再生装置としてのホログラム記録再生装置がある。
【０００３】
ホログラム記録再生装置では、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。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。
【０００４】
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く、さらに、ホログラム記録再生装置の温度の変化が生じた場合において、レーザからの光ビームの波長を変化させることによって、記録再生特性を改善する手法が提案されており（非特許文献１を参照）、このような用途にコヒーレント光の波長を変化させることができる光源が要望されている。
【０００５】
このような光源としては、例えば、図１０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（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）１０１をレンズ１０３で平行光として、グレーティング１０２に照射して、支点１０５を中心としてグレーティング１０２をねじ１０４によって回転させて、グレーティング１０２とレーザ・ダイオード１０１との相対角度を調整して、グレーティング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型レーザ装置についての提案がなされている（例えば、非特許文献２を参照）。また、別の構成としては、回折格子とレーザ・ダイオードとの位置関係を固定して、ミラーを用いて回折格子をレーザ・ダイオードに戻すリットマン型レーザ装置も知られている。
【非特許文献１】Mitsuru.Toishi, et al. 「Temperature tolerance improvement with wavelength tuning laser source in holographic data storage」, Technical digest of Optical Data Storage/International Symposium on Optical Memory 2005 ThE5
【非特許文献２】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】
このようなホログラム記録再生に用いるホログラム記録媒体の温度が変わったときに、良好なる記録再生特性を得るためには、レーザの波長を変化させて、記録再生特性の改善を図ることが有効であるが、上述したリトロウ型レーザ装置またはリットマン型レーザ装置で代表される可変波長レーザ装置では、波長の可変範囲が狭く、記録再生特性の改善のために、より広範囲な波長の可変範囲が要求された。しかしながら、従来においては、広範囲にレーザ波長を変化させることができるレーザ装置の提供はされていなかった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決し、広範囲にレーザ波長を変化させることができるレーザ装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のレーザ装置は、マルチモードで発振し、温度に応じて発振の波長が変化する特性を有するレーザ・ダイオードと、前記レーザ・ダイオードから出射されるレーザ光を受光して、回折光を前記レーザ・ダイオードに戻すグレーティングと、前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長を変化させる機構部と、前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長と同一波長の出力光ビームの波長を検出する波長検出器と、前記レーザ・ダイオードを所定の温度に保つための温度調整器と、前記機構部を制御して前記出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定するとともに、前記温度調整器を制御して前記レーザ・ダイオードを前記所定波長で発振させる制御部と、を備える。
【０００９】
このレーザ装置では、グレーティングからレーザ・ダイオードに戻る回折の波長を機構部で変化させ出力光ビームの波長を変化させる。また、温度調整器によってレーザ・ダイオードを所定の温度に保つ。このようにして、出力光ビームの波長を広範囲に変化させる。
【００１０】
本発明のレーザ装置は、電子装置に用いるレーザ装置であって、前記レーザ装置は、マルチモードで発振し、温度に応じて発振の波長が変化する特性を有するレーザ・ダイオードと、前記レーザ・ダイオードから出射されるレーザ光を受光して、回折光を前記レーザ・ダイオードに戻すグレーティングと、前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長を変化させる機構部と、前記レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長と同一波長の出力光ビームの波長を検出する波長検出器と、前記電子装置またはこの電子装置とともに用いられる部材の温度を検出する動作温度検出器と、前記レーザ・ダイオードを所定の温度に保つための温度調整器と、前記動作温度検出器で検出された温度に基づき前記所定波長を決定し、前記機構部を制御して前記出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定するとともに、前記温度調整器を制御して前記レーザ・ダイオードを前記所定波長で発振させる制御部と、を備える。
【００１１】
このレーザ装置では、動作温度検出器は電子装置またはこの電子装置とともに用いられる部材の温度を検出する。そして、この温度に応じて、グレーティングからレーザ・ダイオードに戻る回折の波長を機構部で変化させ出力光ビームの波長を変化させるとともに、温度調整器によってレーザ・ダイオードを所定の温度に保つ。このようにして、出力光ビームの波長を広い範囲に渡って所定波長とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、広範囲にレーザ波長を変化させることができるレーザ装置の提供ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（レーザ装置）
図１を参照して、実施形態のレーザ装置１０について、説明する。レーザ装置１０は、レーザ・ダイオード１１、コリメートレンズ１２、グレーティング１３、ミラー１４、波長検出ディテクタ１５を主要な光学素子として備えるものである。
【００１４】
レーザ・ダイオード１１は、いわゆる、マルチモードのレーザ・ダイオードであり、さらに、温度に応じて、発振波長が変化する特徴を有している。また、このレーザ装置１０は、いわゆる、外部共振型レーザ装置であり、ミラー１４とグレーティング１３を外部共振器として有してリトロウ型レーザ装置を構成している。
【００１５】
ミラー１４とグレーティング１３とは固着され、回転軸２７を中心に紙面内の矢印で示す両方の回転方向に回転可能とされている。ここで、グレーティング表面１３ａとミラー表面１４ａとの延長線が交わる線の交点を回転軸２７としている。レーザ装置１０は、この回転軸２７を中心として回転をさせるための回転機構として、歯車機構４１ｂ、歯車機構４１ｃおよびモータ４１ａを備えている。すなわち、歯車機構４１ｂがミラー１４とグレーティング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の回転に応じて、グレーティング表面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とグレーティング１３とを回転軸２７を中心として回転させることができる。このような機構部を有することによって、後述するようにしてレーザ・ダイオードに戻る回折光の波長を変化させることができ、この結果として、ミラー１４から出力光ビームを得て、この光ビームを種々の電子装置において利用できるようになされている。
【００１６】
また、レーザ装置１０は、レーザ・ダイオード１１の温度を制御するためのペルチェ素子３５と放熱板３６と温度検出器１８とを備えている。ペルチェ素子３５はペルチェ効果を利用した素子であって、異なる熱電能を有する材料を組み合わせて、冷却または加熱を行うことができる素子である。ペルチェ素子３５はサーモモジュールとして板状の形状とされて広く拡販されている。このような、サーモモジュールでは、電流を流すことによって一方の面が冷却され他方の面が加熱されるが、ペルチェ素子３５に流す電流の方向を切り替えることによって冷却、加熱がされる面を相互に切り替えることができる。ペルチェ素子３５の一方の面はレーザ・ダイオード１１に密着され、レーザ・ダイオード１１を冷却、または加熱するようになされている。放熱板３６は冷却、加熱を効率的におこなうための部材であり、熱抵抗の低い材料で構成されている。また、温度検出器１８はレーザ・ダイオード１１の温度を検出するようになされている。このように、温度検出器１８とペルチェ素子３５とはレーザ・ダイオード１１に熱結合されて温度調整器として機能する。
【００１７】
また、レーザ装置１０は、制御部３０を備える。制御部３０は、レーザ・ダイオード１１の温度を温度検出器１８によって検出してレーザ・ダイオード１１の温度を制御する。また、制御部３０は、波長検出ディテクタ１５からの信号を検出して、この信号に応じてモータ４１ａの制御をおこなう。制御部３０は、処理器３０ｃと波長検出演算器３０ａを有する。処理器３０ｃは、ハードウエアとして、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、外部回路とのインターフェイス（例えば、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、電力増幅器）およびＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、並びに、ＲＯＭに記憶されたＣＰＵが処理する処理手順を記載したソフトウエアで構成される。また、波長検出演算器３０ａはディテクタ１５ａおよびディテクタ１５ｂからの各々の電気信号の差、和の演算をおこなう演算増幅器と割り算をおこなう割り算器とを有している。
【００１８】
この制御部３０は、上述した機構部を制御して、出力光ビームの波長、すなわち、外部共振器の共振波長を定め、さらに、温度調整器を制御してレーザ・ダイオード１１の発振波長を制御するものであるが、どのように制御されるかについては後述する。
【００１９】
上述した各部が本実施形態のレーザ装置１０の主要構成部であるが、レーザ装置１０は、付加的な構成部として、さらに、モードホップモニタも組み込まれている。モードホップモニタは光路中に置かれたオプティカルウェッジ１６と、モードホップ検出ディテクタ１７と、制御部３０のモードホップ演算器３０ｂおよび処理器３０ｃと、を有して構成されるものである。
【００２０】
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で平行光とされる。平行光とされた光ビーム２１はグレーティング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。グレーティング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、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１１は、その波長でシングルモードの発振をおこなうこととなる。ここで、グレーティング１３で回折する１次光のうちで、どの波長の１次光をレーザ・ダイオード１１に戻るようにするかは、図１に示す構成においては、グレーティング１３を形成するグレーティング表面１３ａとレーザ・ダイオード１１とのなす角度によって一義的に定められる。
【００２１】
また大半の光はグレーティング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として出射されるので、この０次光２２として出射される光ビームをさらに光ビーム（０次光）２４、光ビーム（０次光）２５と光路を導き、光ビーム２５を出力光ビームとして、種々の電子装置、例えばホログラム記録再生装置に使用することができる。かくして、グレーティング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が、そうすると、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、グレーティング１３と協調して動くミラー１４を採用している。グレーティング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２４として、出射方向を変えることができる。
【００２２】
０次光２４は、さらにオプティカルウェッジ１６を通過して０次光２５が最終的に得られる。ここで、出力光ビームである０次光２５の出射光方向を常に一定方向となすことができれば、種々の機器に、このレーザ装置１０を用いるに際して、好都合であるので、以下にどのようにして、０次光２５の出射光方向を常に一定方向となすかについて説明をする。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ている。
【００２３】
０次光２５の出射光方向を常に一定方向となす条件は、ミラー１４を形成するミラー表面１４ａとグレーティング１３を形成するグレーティング表面１３ａの延長面の交点に回転軸２７を配置することである。すなわち、回転軸２７を中心にミラー１４およびグレーティング１３の相対関係を維持したままで、回転させることによって、所望の周波数で共振するレーザ、所謂、チューナブルレーザとして機能させることができることとなる。つまり、外部共振器の共振波長はグレーティング表面１３ａとレーザ・ダイオード１１とのなす角度によって一義的に定められることとなり、レーザ・ダイオード１１がこの共振波長の範囲の光ビームを出射することができる場合には、この波長の光ビームを出力光ビーム（０次光２５）として利用できることとなる。
【００２４】
所望の周波数でレーザを発振させる目的を達成するために、上述したように波長検出ディテクタ１５、制御部３０、モータ４１ａ、歯車機構４１ｂおよび歯車機構４１ｃが配されている。すなわち、モータ４１ａおよび歯車機構４１ｂ、歯車機構４１ｃは、レーザ光の波長を変えるための回転機構として機能するものであり、波長検出ディテクタ１５および制御部３０は、レーザ光の波長を検出する機能を有するものである。
【００２５】
まず、レーザ光の波長をこのような構成によってどのように検出するかについて説明する。グレーティング１３で反射した０次光２２のうちの５％ほどの光ビーム２３がミラー１４を透過して波長検出ディテクタ１５を照射する。このとき、グレーティング１３およびミラー１４の回転によって波長検出ディテクタ１５における光ビーム２３の照射位置が変わる。
【００２６】
波長検出ディテクタ１５は、この照射位置の変化をとらえる方向に配置される２分割ディテクタとして構成されている。そして、この２つのディテクタ１５ａとディテクタ１５ｂとから検出される電気信号の各々の差の電気信号を検出して、これを規格化した後述する規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎを検出することによって、光ビーム２３の波長、すなわち、０次光２５の波長と、対応関係を有する波長検出信号が得られる。
【００２７】
図２は、規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎと光スペクトラムアナライザで検出したレーザ装置１０から出射される０次光２５の波長との関係を示す。横軸は、規格化が行われているので、無名数であり、縦軸はスペクトラムアナライザによる検出波長をｎｍ（ナノ・メータ）で示すものである。このように、規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎに対する０次光２５の波長が予め分かっていれば、事後は、規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎを検出することによって、出力光ビームである０次光２５の波長を正確に知るとともに、機構部の作用によって所望の波長に０次光２５の波長を設定することができる。
【００２８】
ここで、規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎは以下のようにして求める。まず、波長検出演算器３０ａは、波長検出ディテクタ１５を構成するディテクタであるディテクタ１５ａからの電気信号である電圧Ｖ１５ａおよびディテクタ１５ｂからの電気信号である電圧Ｖ１５ｂを求める。次に、この両者の差の信号である波長検出信号Ｓ１５ｄを求め、電圧Ｖ１５ａと電圧Ｖ１５ｂの和の信号である波長和信号Ｓ１５ｓで割る。以下の式１は、規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎを表すものである。規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎを用いることによって、光ビーム２３の強度によらず、波長のみに依存する信号を得ることができるものとなる。
【００２９】
Ｓ１５ｄｎ＝Ｓ１５ｄ／Ｓ１５ｓ
＝（Ｖ１５ａ―Ｖ１５ｂ）／（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｂ）・・・（式１）
【００３０】
以下に、より具体的に、所望の共振周波数を得るためのレーザ装置１０のおこなう手順を説明する。
【００３１】
まず、波長検出演算器３０ａから規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎを得る。
次に、この規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎを制御部３０における処理器３０ｃに配されたＲＡＭの所定領域に格納された換算テーブルを参照してレーザ光の波長に換算する。ここで換算テーブルは、図２のグラフに基づいて作成されている。すなわち、上述した換算テーブルは、オプティカル・スペクトラム・アナライザで測定した０次光２５の波長と、規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎとの対応関係を関係づけるテーブルである。
【００３２】
次に、所望の光ビーム（０次光２５）のレーザ波長と、換算テーブルから参照した現在の光ビーム２３の波長との波長の誤差である誤差波長を演算する。
次に、誤差波長に対して、ゲインを掛け、周波数補正をおこない制御系の最適化をおこなう。この制御系の最適化は通常行う技術である。
さらに、Ｄ／Ａ変換器で処理器３０ｃからのデジタル信号をアナログ信号に変換した後、電力増幅をおこないモータ駆動信号Ｓｍｄを得る。
そして、制御部３０からモータ４１ａに対してモータ駆動信号Ｓｍｄを出力する。
【００３３】
このように、フィードバックを構成し、誤差波長が零となるように、モータ４１ａを制御する。この結果、グレーティング１３およびミラー１４の位置は、常時、所望の波長の０次光２５を出射するように制御される。すなわち、このレーザ装置１０は、ミラー１４の背面に透過した光ビーム２３を受光して、光ビーム２３の波長に応じた電気信号を検出する２分割ディテクタとして構成される波長検出ディテクタ１５を具備し、制御部は、ホログラム記録媒体の温度に応じた所望の波長（所定波長）と、電気信号である規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎから検出したミラー１４の背面を透過した光ビーム２３の波長（規格化波長検出信号Ｓ１５ｄｎに基づき換算テーブルから参照した現在の光ビーム２３のレーザ波長）とを一致させるように機構部を制御するものである。
【００３４】
さらに、レーザ装置１０には、モードホップモニタも組み込まれている。モードホップモニタは光路中に置かれたオプティカルウェッジ１６と、モードホップ検出ディテクタ１７と、制御部３０のモードホップ演算器３０ｂおよび処理器３０ｃと、を有して構成されるものである。
【００３５】
オプティカルウェッジ１６の表面、裏面で反射した光はモードホップ検出ディテクタ１７の受光面上で干渉縞を形成する。光ビーム２６の波長が変わるとき、言い換えるとモードホップが生じた場合には、この干渉縞が移動するので、それを検知することによってモードホップを検出できる。ここで、光ビーム２６の光強度（光量）は、例えば、光ビーム（０次光）２４の光強度（光量）の１０％以下とされている。
【００３６】
モードホップ検出ディテクタ１７は、上述した干渉縞の変化をとらえる方向に２分割ディテクタとして構成されており、２つのディテクタ１７ａとディテクタ１７ｂとから検出される電気信号の各々の差の電気信号であるモードホップ信号Ｓ１７ｄを検出して、これを規格化することによって、規格化モードホップ信号Ｓ１７ｄｎを得て、レーザ波長のジャンプである、いわゆるモードホップを検出できる。
【００３７】
規格化モードホップ信号Ｓ１７ｄｎは、具体的には、（式２）に示すように、ディテクタ１７ａからの電気信号である電圧Ｖ１７ａおよびディテクタ１７ｂからの電気信号である電圧Ｖ１７ｂとの差の信号であるモードホップ信号Ｓ１７ｄを、電圧Ｖ１７ａと電圧Ｖ１７ｂの和の信号であるモードホップ和信号Ｓ１７ｓで割って規格化した規格化モードホップ信号Ｓ１７ｄｎとしてモードホップ演算器３０ｂによって得られるものである。規格化モードホップ信号Ｓ１７ｄｎを用いることによって、光ビーム２３の強度によらず、モードホップを安定して検出することができるものとなる。
【００３８】
Ｓ１７ｄｎ＝Ｓ１７ｄ／Ｓ１７ｓ
＝（Ｖ１７ａ―Ｖ１７ｂ）／（Ｖ１７ａ＋Ｖ１７ｂ）・・・（式２）
【００３９】
図３は、規格化モードホップ信号とレーザ・ダイオード１１に流れるダイオード電流との関係を示すものである。グラフの横軸は、レーザ・ダイオード１１に流れるダイオード電流Ｉｄを示し、図３に示すグラフの縦軸は、規格化モードホップ信号Ｓ１７ｄｎを示すものである。図３に示すグラフの縦軸の規格化モードホップ信号Ｓ１７ｄｎの急激な変化は、チップモードのモードホップを示すものであり、規格化モードホップ信号Ｓ１７ｄｎの緩慢な階段状の変化は外部共振器モードのモードホップを示すものである。このような、光ビーム２６の波長の変化を検出することによって、外部共振器モードの小さなモードホップとチップモードの大きなモードホップを検出できるものである。
【００４０】
なお、このモードホップモニタは、レーザ装置１０におけるモードホップおよび、そのモードホップが、外部共振器モードのモードホップであるかチップモードのモードホップであるかを検出するために配されているものであって、チューナブルレーザとしての機能を確保するについては必須のものではない。
【００４１】
上述のようにレーザ装置１０から出射される光ビームの波長は、グレーティング表面１３ａとレーザ・ダイオード１１とのなす角度によって一義的に定められるものであるが、この波長の範囲は当然にレーザ・ダイオード１１の発振波長の範囲内でなければ、所望の波長の出力光ビームを得ることができない。例えば、グレーティング表面１３ａとレーザ・ダイオード１１とのなす角度を大きく変化させた場合において、その角度に該当する範囲でレーザ・ダイオード１１が発振していなければ、その角度に該当する波長の光ビームを得ることができないこととなる。
【００４２】
ここで、レーザ・ダイオード１１の波長と温度との関係について説明する。例えば、４０５ｎｍ付近の波長のレーザ・ダイオードの発振波長は０．０５６ｎｍ／℃の温度係数を有するので、ペルチェ素子３５によってレーザ・ダイオード１１を冷却または加熱することによってレーザ装置１０から出射される光ビームの波長を広い範囲のものとすることができる。
【００４３】
図４にレーザ・ダイオード１１、ペルチェ素子３５、コリメートレンズ１２、温度検出器１８がどのように取り付けられているかの具体例を示す。レーザ・ダイオード１１はＳＵＳ（ステンレス）を材料とするホルダー３４にマウントされ、そのホルダー３４の反対面にコリメートレンズ１２がマウントされている。また、レーザ・ダイオード１１の近傍にレーザ・ダイオード１１と熱結合された温度検出器１８が配置されている。ペルチェ素子３５の一の面はレーザ・ダイオード１１と熱結合され、ペルチェ素子３５の他の面は放熱板３６と熱結合されている。
【００４４】
レーザ・ダイオード１１とコリメートレンズ１２との位置関係を固定するためのホルダー３４を熱伝導の悪いＳＵＳで作製したのは、レーザ・ダイオード１１の温度を一定値に保ち易くするためである。ペルチェ素子３５の他の面には放熱板３６が取り付けられているが、ペルチェ素子３５の他の面からの熱をヒートパイプ（図示せず）で遠くに移動させても良い。またペルチェ素子３５の代わりにヒーター（図示せず）を用いても良い。この場合には、レーザ・ダイオード１１を冷やすことはできないが、暖めることはできるので、このような目的の範囲では使用が可能である。また、ホルダー３４の構成材料としてはＳＵＳを用いたが、例えば、アルミニューム等の熱伝導性がいいものであってもホルダー３４とレーザ・ダイオード１１との間に断熱材を用いれば同様に使用が可能である。
【００４５】
図５にレーザ・ダイオード１１の発振周波数と温度との関係を示す。図５の破線で示すグラフはレーザ装置１０の波長の上限値であり、図５の一点鎖線で示すグラフはレーザ装置１０の波長の中心値であり、図５の二点鎖線で示すグラフはレーザ装置１０の波長の下限値である。温度を一定とする場合には、該当する温度から縦軸に平行に線を延ばし、この線と破線との交点のレーザ波長が上限のレーザ波長であり、この線と二点鎖線との交点のレーザ波長が下限のレーザ波長である。
【００４６】
このグラフに示されたレーザ・ダイオードの一例では、２５℃で中心波長が４０５nm、可変範囲が±２nmである。このレーザ・ダイオードは、中心波長が０．０５６nm／℃で変化するので、可変範囲も温度で変化している。
【００４７】
図５の実線は、本実施形態のレーザ装置１０を電子装置に応用する場合の一例として、ホログラム記録装置に応用するに際してのホログラム記録媒体（図６の符号６０を参照）の最適波長を示すものである。ここで、最適波長とは、記録再生特性が予め定めた所定の基準（例えば、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）、ＢＥＲ（ビットエラーレイト）が所定値以下となることを基準とする）を満たす光ビームの波長を言うものである。この実線は、ホログラム記録媒体の基板がガラスの場合について計算したグラフである。基板がＰＣ等のプラスチックの場合、グラフの傾斜は少し変わるが、定性的には以下の説明が同様に成り立つものである。
【００４８】
図５に示す実線の意味を具体例で説明する。例えば、２５℃において４０５nmでホログラム記録媒体に記録した場合、３０℃なら４０３．９nm、１５℃なら４０７．２nmの波長を使えば記録したデータを再生できることを示している。実際にはこの波長よりも、もう少し波長がずれても十分に読み取りが可能である。また、別の例としては、３０℃において４０３．９nmで記録したならば、１５℃において４０７．２nmの波長で再生できるということも表している。つまり、横軸から垂直に延ばした仮想的な該当温度を示す直線とこの実線のグラフの交点を見つけ、この交点の縦軸の値で示される波長にレーザ波長を制御すれば、ホログラム記録媒体は良好なる記録再生特性を有することとなる。別の観点から見ると、レーザ・ダイオードの温度を制御することができれば、より広い温度範囲で記録再生できることとなる。
【００４９】
この点、図１０の背景技術に示すレーザ装置１００をレーザ装置１０に替えてホログラム記録再生装置（図６を参照）において使用した場合に、ホログラム記録再生装置において、仮に、０次光が正しい方向に導けたとしても、レーザ・ダイオードの温度を制御する機構を有しないので、広い温度範囲で記録再生することは困難である。例えば、実線で示す最適波長のグラフによれば３５℃では波長を４０２．８nmにすべきだが、このレーザ装置１００の波長の可変域は、３５℃での可変範囲に限られ、４０３．６ｎｍから４０７．６ｎｍの範囲であり、４０２．８nmとはできないことがわかる。しかし、本実施形態のレーザ装置１０を用いる場合には、記録メディアの温度が３５℃のままであっても、レーザ装置１０のレーザ・ダイオード１１の温度を例えば２０℃にすることができる。この場合のレーザ・ダイオード１１からの光ビームの波長の可変域は４０２．６nmから４０６．７nmの範囲となり、最適波長である４０２．８nmにすることができる。この場合、レーザ装置１０のレーザ・ダイオード１１以外の部分、例えばグレーティング１３とミラー１４とを主要部として構成される外部共振器の温度も同様に２０℃にしても良いが、レーザ・ダイオード１１以外の部分は３５℃のままでかまわない。
【００５０】
（ホログラム記録再生装置）
上述したように本実施形態のレーザ装置１０は、ホログラム記録再生装置に用いることができるが、図６を参照してより詳細に説明する。図６は、上述したレーザ装置１０を用いる本実施形態のホログラム記録再生装置の光学系を中心にした概念図である。
【００５１】
図６に示すのは、二光束方式のホログラム記録再生装置であり、光学系としては、レーザ装置１０、空間フィルタ５０、ビームスプリッタ５１、記録すべきデジタル情報を表示した液晶等によって構成され、空間的に光ビームに変調を施す空間光変調器５２、固定ミラー５３、比較的にＮＡの高い（０．６程度）の対物レンズ５４、角度可変ミラー５５、比較的にＮＡの低い対物レンズ５６およびアレイ型受光素子５７を有している。さらに、ホログラム記録媒体６０の温度を検出する動作温度検出器５８およびこの装置の全体の動作を制御するコントローラ７０を有している。動作温度検出器５８は、例えば、サーミスタ、温度ホログラフィで構成され、ホログラム記録媒体の近傍に配置されて、電子装置の一種であるホログラム記録再生装置またはこのホログラム記録再生装置とともに用いられる部材であるホログラム記録媒体の温度を直接的または間接的に検出するものである。
【００５２】
ホログラム記録再生装置は、コントローラ７０を介して他の装置である外部装置に接続されるようになされている。また、コントローラ７０は、ＣＰＵと、このＣＰＵおよび他のコントローラ構成部にバスラインで相互に接続されＲＡＭ、ＲＯＭおよびインターフェイス回路を具備するマイコンで構成されている。そして、コントローラ７０が、ホログラム記録再生装置における記録および再生の動作の全体を管理し、制御しており、管理の基準、制御の手順（ソフトウエア）は、コントローラ７０に配されたＲＯＭに記憶されている。
【００５３】
図６に示すホログラム記録再生装置の記録の動作について説明をする。上述したようにして、レーザ装置１０からは、レーザ光のうちから特定された所定波長のレーザ光（光ビーム）を得、空間フィルタ５０で、波面を均一化したレーザ光を得て、ビームスプリッタ５１で光ビームを二方向に分離し、一方向に分離された光ビームに空間光変調器５２で空間変調を施して、信号光を得て、この信号光を固定ミラー５３で反射させ、対物レンズ５４によって、ホログラム記録媒体６０の所定領域に信号光を集光する。
【００５４】
一方、ビームスプリッタ５１で他方向に分離された光ビームは、角度可変ミラー５５によって反射され、角度可変ミラー５５の反射面に入射する光ビームの角度に応じた所定角度で対物レンズ５６に参照光を入射させ、対物レンズ５６によってホログラム記録媒体６０の所定領域に参照光を集光する。ここで、角度可変ミラー５５の角度を変化させることによって参照光のホログラム記録媒体への入射角度を調整できる。
【００５５】
角度可変ミラー５５の角度の制御はコントローラ７０によっておこなわれる。角度可変ミラー５５には、図示しない角度制御機構、例えば、モータとラック・アンド・ピニオンおよび角度センサとを組み合わせた角度制御機構、が配されており、コントローラ７０からの制御信号に応じて角度可変ミラー５５で反射してホログラム記録媒体６０へ入射する光ビームの入射角度が設定できるようになされている。
【００５６】
参照光と信号光はホログラム記録媒体６０のフォトポリマー等で構成された記録層において干渉縞を形成し、これにより光の強い部分ではメディア内のモノマーがより多くポリマーとなり、屈折率の縞（ホログラム）が形成される。このようにして、空間光変調器５２に表示される記録データに応じて１ページ単位ごとにホログラムの形成という態様で記録がおこなわれる。ここで、角度多重方式による多重化をおこなう場合には、角度可変ミラー５５の角度を１ページごとに変化させ、参照光のホログラム記録媒体６０に対する入射角度を１ページごとに変化させる。
【００５７】
図６に示すホログラム記録再生装置の再生の動作について説明をする。再生においては、記録時の参照光とほぼ同じ方向から参照光を照射すると、記録されたホログラムによって回折した再生光を生じる。再生光の回折方向にＣＣＤ等のアレイ型受光素子５７を配置することによって、このアレイ型受光素子５７からの電気信号をコントローラ７０で処理して記録データを再生できる。
【００５８】
ここで、レーザ・ダイオード１１の温度を変化させる具体的な手順は以下のようにおこなわれる。なお、レーザ・ダイオード１１の温度を変化させる具体的な手順に限った場合には記録、再生に関係なく同様の手順であるので記録時と再生時とを区別することなく説明する。
【００５９】
まず、コントローラ７０のＣＰＵは、動作温度検出器５８を用いてホログラム記録再生装置とともに用いられる部材であるホログラム記録媒体６０の温度を検出する。
【００６０】
次にコントローラ７０のＣＰＵは、コントローラ７０のＲＡＭに予め記憶されている最適波長のグラフ（図５を参照）から動作温度検出器５８から検出した温度に最適なる光出力ビームの波長である所定波長を求める。例えば、動作温度検出器５８から検出した温度が３５℃であるとして具体的に説明する。
【００６１】
コントローラ７０のＣＰＵは、３５℃では波長を４０２．８nm（所定波長）にすべきであることを認識する。
【００６２】
次に、コントローラ７０のＣＰＵは、０次光２５の波長を４０２．８nm（所定波長）にするように制御部３０に指令をだす。
【００６３】
制御部３０はこの指令を受けて、モータ駆動信号Ｓｍｄによってモータ４１aを駆動してグレーティング１３とミラー１４の角度を変化させ、出力光ビームである０次光２５の波長として４０２．８nm（所定波長）が得られるようにする。
【００６４】
次に、コントローラ７０のＣＰＵは、３５℃におけるレーザ装置１００の波長の上限波長と下限波長との値をＲＡＭから読み取り、発振波長範囲を求め、４０２．８nm（所定波長）がこの範囲であるか否かを判断する。
【００６５】
そして、４０２．８nm（所定波長）が発振波長範囲である場合には、レーザ・ダイオード１１の温度を３５℃のままとする。このようにしても４０２．８nm（所定波長）の波長の０次光２５を出射できるからである。ここで、レーザ・ダイオード１１の温度を３５度に保つためには、ペルチェ素子３５に流れる電流の値を零とするのであるから、この場合にもレーザ・ダイオード１１を（所定温度）に保つと、という意味に含まれる。なお、具体例では、この場合には該当せず、レーザ・ダイオード１１の温度が３５℃のままであれば、出力光ビームを４０２．８nm（所定波長）とすることはできない。
【００６６】
一方、４０２．８nm（所定波長）が発振波長範囲ではない場合には、レーザ・ダイオード１１の温度を変化させる。具体例ではこの場合に該当する。すなわち、この範囲ではないことを知ったコントローラ７０のＣＰＵは、コントローラ７０のＲＡＭに記憶されたレーザ波長と温度とのテーブルを参照して、波長４０２．８nm（所定波長）を出射が可能となる温度にレーザ・ダイオード１１の温度を変化させるように制御部３０に指令を出し、制御部３０は、ペルチェ素子３５の電流を制御して、例えば、レーザ・ダイオード１１の温度を２０℃に変化させる。
【００６７】
上述した例では、２０℃にレーザ・ダイオード１１の温度を変化させたが、レーザ・ダイオード１１の温度を１０℃としても良いことは図５から明らかである。ここで、どのようにレーザ・ダイオード１１の温度を設定するかについては、例えば、４０２．８nm（所定波長）が上限値（図５の破線で示す）と下限値（図５の二点鎖線で示す）の範囲内にあるのであれば、いかなる温度でも良いものとして設定しても良く、また、４０２．８nm（所定波長）が中心値（図５の一点鎖線で示す）となる温度に設定しても良く、さらには、４０２．８nm（所定波長）が上限値と下限値範囲であって、その幅を任意の割合（例えば、８割）で狭めた範囲内となる温度に設定するものであっても良いものである。
【００６８】
上述したホログラム記録再生装置は、二光束方式のホログラム記録再生装置であるとして、どのようにレーザ装置１０をホログラム記録媒体の温度に応じて制御するかについて説明したが、二光束方式のホログラム記録再生装置に限らず、信号光と参照光との光路を共通とするコアキシャル方式のホログラム記録再生装置においても同様にレーザ装置１０をホログラム記録媒体の温度に応じて制御することができる。
【００６９】
（レーザ装置の変形例）
上述した、実施形態のレーザ装置１０においては、所望の光ビーム０次光２５のレーザ波長と、換算テーブルから演算した現在の光ビーム２３のレーザ波長との誤差である誤差波長を演算し、フィードバック制御系を構成することによって、誤差波長が零となるように、モータ４１ａを制御し、グレーティング１３およびミラー１４の回転の位置に応じた所望の波長の０次光２５が常時、出射されるように制御した。しかしながら、所望の波長を得るためには、以下に示すように、別のタイプのフィードバック系による構成としても良く、さらに、フィードフォワード構成としても良いものである。
【００７０】
別のタイプのフィードバック系による構成としては、レーザ装置１０の回転軸２７の回転角度を検出できる回転角度検出器（図示せず、例えば、ロータリーエンコーダ）を新たに設け、回転角度検出器から検出する回転軸の角度に応じた角度信号と０次光２５のレーザ波長との関係を予め求めておき、制御部３０の処理器３０ｃの有するＲＡＭに、角度信号の値に対する０次光２５のレーザ波長を記憶しておく。そして、０次光２５の所定レーザ波長を決定後に、この決定された所定レーザ波長に対応する角度信号の値をＲＡＭから読み取り、現在の角度信号の値が、この決定されたレーザ波長に対応する角度信号の値に一致するようにモータ４１ａを回転させる。
【００７１】
このような、回転角度検出器を用いれば、波長検出ディテクタ１５を用いることなく、光ビーム（０次光２５）のレーザ波長を所定の波長とすることができる。また、ミラー１４は透過性ミラーではなく、全反射のミラーとすることができ、光量の損失も生じないものとできる。
【００７２】
さらに、モータ４１ａをステッピングモータとして、フィードフォワード構成として、より簡単なレーザ装置を構成することもできる。モータ４１ａがステッピングモータである場合には、正確にモータ４１ａに印加されるステップ数に応じてモータ４１ａの回転角が定まるので、ステップ数に応じて正確に回転軸２７を中心として回転するグレーティング１３およびミラー１４の回転角度を定めることができる。このようにして、波長検出ディテクタ１５および回転角度検出器のいずれをも設けることなく、レーザの波長を所定の値とすることができる。
【００７３】
また、本実施形態のレーザ装置としては、上述したリトロウ型レーザ装置に限ることなく、リットマン型レーザ装置であっても良いものである。すなわち、レーザ装置は、マルチモードで発振し、温度特性を有するレーザと、レーザから出射されるレーザ光を受光して回折光をレーザに戻すグレーティングと、レーザに戻る回折光の波長を変化させる機構部と、レーザ・ダイオードに戻る回折光の波長と同一波長の出力光ビームの波長を検出する波長検出器と、レーザ・ダイオードを所定の温度に保つための温度調整器と、機構部を制御して出力光ビームが所定波長を有して出力可能となるように設定するとともに、温度調整器を制御してレーザ・ダイオードを所定波長で発振させる制御部と、を備えるものであれば、その構成はいかなるものであっても良いものである。
【００７４】
図７ないし図９にいくつかの別の構成を有するレーザ装置を挙げる。いずれの場合にも機構部と波長検出器と温度調整器と制御部とは図示はされていないが、図７ないし図９に示すレーザ装置の各々は、図１に示すと同様にして、ペルチェ素子等によって冷却、加熱がなされ、ディテクタによって波長が検出され、モータ等によって波長を変化させ、これらは制御部によって制御できるようになされている。
【００７５】
図７、図８は、リットマン型レーザ装置であり、図９は、別の実施形態のリトロウ型レーザ装置である。図７に示すリットマン型レーザ装置では、レーザ・ダイオード８１と、コリメートレンズ８２aおよびコリメートレンズ８２ｂと、レーザ・ダイオード８１との相対位置を固定された、グレーティング表面８３aを有するグレーティング８３と、回転軸２７aを中心として回転する、ミラー表面８４aを有するミラー８４と、を有しており、ミラー８４の回転角度に応じて波長が変化する記録再生に用いる光ビーム８５aを得ることができる。
【００７６】
図８に示すリットマン型レーザ装置では、レーザ・ダイオード１１と、コリメートレンズ１２と、グレーティング表面８６aを有するグレーティング８６と、回転軸２７ｂを中心として回転するミラー表面８７aを有するミラー８７と、を有しており、ミラー８７の回転角度に応じて波長が変化する記録再生に用いる光ビーム８５ｂを得ることができる。
【００７７】
図９に示すリトロウ型レーザ装置では、レーザ・ダイオード８１と、コリメートレンズ８２aおよびコリメートレンズ８２ｂと、回転軸２７ｃを中心として回転するグレーティング表面８８aを有するグレーティング８８と、を有しており、グレーティング８８の回転角度に応じて波長が変化する記録再生に用いる光ビーム８５ｃを得ることができる。
【００７８】
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。例えば、本実施形態のレーザ装置は電子装置に含まれるホログラム記録再生装置に用いるに限られず、この他の、あらゆる、産業機器に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施形態のレーザ装置の構成を説明する図である。
【図２】実施形態のレーザ装置における規格化波長検出信号と光ビームの波長との関係を示す図である。
【図３】実施形態のレーザ装置におけるモードホップモニター信号とダイオード電流との関係を示す図である。
【図４】本実施形態のレーザ装置におけるレーザ・ダイオード、ペルチェ素子、コリメートレンズ、温度検出器の取り付けを示す図である。
【図５】実施形態のレーザ装置の発振波長と温度との関係を示す図である。
【図６】実施形態のホログラム記録再生装置の光学系を中心にした概念図である。
【図７】実施形態のレーザ装置の構成を説明する図である。
【図８】実施形態のレーザ装置の構成を説明する図である。
【図９】実施形態のレーザ装置の構成を説明する図である。
【図１０】背景技術のレーザ装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  レーザ装置、１１、８１  レーザ・ダイオード、１２、８２ａ、８２ｂ  コリメートレンズ、１３、８３、８８  グレーティング、１３ａ、８３ａ、８６ａ、８８ａ  グレーティング表面、１４、８４、８７  ミラー、１４ａ、８４ａ、８７ａ  ミラー表面、１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ  ディテクタ、１５  波長検出ディテクタ、１６  オプティカルウェッジ、１７  モードホップ検出ディテクタ、１８  温度検出器、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、８５ａ、８５ｂ、８５ｃ  光ビーム、２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ  回転軸、３０  制御部、３０ａ  波長検出演算器、３０ｂ  モードホップ演算器、３０ｃ  処理器、３４  ホルダー、３５  ペルチェ素子、３６  放熱板、４１ａ  モータ、４１ｂ、４１ｃ、  歯車機構、５０  空間フィルタ、５１  ビームスプリッタ、５２  空間光変調器、５３  固定ミラー、５４  対物レンズ、５５  角度可変ミラー、５６対物レンズ、５７  アレイ型受光素子、５８  温度検出器、６０  ホログラム記録媒体、７０  コントローラ、Ｓ１５ｄｎ  規格化波長検出信号、Ｓ１７ｄｎ  規格化モードホップ信号、Ｓｍｄ  モータ駆動信号
【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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【図１０】
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