(57)【要約】【課題】簡単な構成で小型化及び低コスト化を図ることができる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】楕円形ビームを出射する半導体レーザ１と、記半導体レーザ１から楕円形ビームを入射するコリメートレンズ３と、コリメートコンズ３から出射された楕円形ビームに対して、１次回折光が円形となる角度に入射角が選択され、２次以上の回折光が半導体レーザ１に戻る格子周波数を持つ回折格子５０とを有する。【選択図】図１
2013145819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円形ビームを出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザから楕円形ビームを入射するコリメートレンズと、
前記コリメートコンズから出射された楕円形ビームに対して、１次回折光が円形となる角度に入射角が選択され、２次以上の回折光が前記半導体レーザに戻る格子周波数を持つ回折格子
を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザを駆動する駆動電源と、
前記回折格子からの１次回折光を２分配するハーフミラーと、
前記ハーフミラーで２分配された一方の１次回折光を検出して検出出力を前記駆動電源にフィードバックするフォトダイオード
を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析、計測、医療、光情報処理、レーザディスク等に使用される半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型、小効率、長寿命といった特長を持つ半導体レーザは、分析、計測、医療等の理化学、産業機器装置用光源として搭載され様々な分野で利用されている。図５は、半導体レーザのビーム形状を示す図である。図５に示すように、半導体レーザは、一般的に垂直方向と水平方向とで発光サイズが異なり、ビーム拡がり角が異なるため、出射ビーム形状は楕円形ビームとなる。また、そのスペクトルはマルチモード（多波長発振）となる。このため、スペクトル純度や可干渉性が必要な用途、またレーザ光の取扱い簡便性や汎用性を向上させるために非対称ビームを整形して対称ビーム化したり、波長選択素子によりスペクトルの狭線幅化、波長選択（同調）が行われる。
【０００３】
計測等の光源に用いられる狭スペクトル線幅かつ円形ビームを得るには、円形ビームへの整形用アナモルフィックプリズムペアと波長選択用の回折格子による外部共振器構成が主に用いられる。波長選択のために回折格子を用いた外部共振器では、その構成方式によりLittrow型とLittman構造が採用されている。
【０００４】
より簡便な構造であるLittrow型では、回折格子により回折された１次回折光を利得媒体である半導体レーザに戻し、狭線幅化した共振器内部のレーザ光を0次方向に出力光として取り出す。
【０００５】
このとき、0次方向に取り出されたレーザ光には半導体レーザの利得分布により選択光とは異なる不要となる自然放出光（背景光）が混入されるため、バンドパスフィルタ等の追加フィルターにより不要光を除去する必要がある。
【０００６】
図６は、従来のこの種の半導体レーザ装置の一例を示す図である。図６において、半導体レーザ１は、駆動電源２により駆動され、楕円形ビームを出射する。出射された楕円形ビームは、コリメートレンズ３を通り、アナモルフィックプリズムペア４ａ，４ｂによりビーム整形され、回折格子５により波長選択、スペクトル線幅化される。そして、回折格子５からの０次回折光（出力光）はハーフミラー６に送られ、１次回折光はアナモルフィックプリズムペア４ａ，４ｂに戻され共振が発生する。
【０００７】
ハーフミラー６で２分配された一方の０次回折光は、バンドパスフィルタ７により不要光が除去され、他方の０次回折光は、フォトダイオード８で検出されて、駆動電源２にフィードバックされる。
【０００８】
なお、この種の従来技術として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００９】
特許文献１において、波長可変光源は、レーザ光を波長に応じた角度で回折する回折格子と回折されたレーザ光を帰還させるミラー、レーザダイオードと回折格子との間におけるレーザ光の光路上にビーム形状整形用のアナモルフィックプリズムペアとビームスプリッタを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２６８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図６に示す半導体レーザ装置にあっては、ビーム整形及び波長安定（選択）・スペクトル狭線幅化するために、円形ビーム整形用光学素子（例えばプリズムペア４ａ，４ｂ）及び回折格子５、自然放出光をカットするフィルター７が必要となり、半導体レーザ装置が複雑化するとともに、コストが高くなる。
【００１２】
本発明の課題は、簡単な構成で小型化及び低コスト化を図ることができる半導体レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る半導体レーザ装置は、上記課題を解決するために、楕円形ビームを出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから楕円形ビームを入射するコリメートレンズと、前記コリメートコンズから出射された楕円形ビームに対して、１次回折光が円形となる角度に入射角が選択され、２次以上の回折光が前記半導体レーザに戻る格子周波数を持つ回折格子とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、１次回折光が円形となる角度に入射角が選択され、２次以上の回折光が前記半導体レーザに戻る格子周波数を持つ回折格子を用いたので、円形ビームへの整形、波長選択、不要光との分離が行われる。このため、簡単な構成で小型化及び低コスト化を図ることができる半導体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の半導体レーザ装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１の半導体レーザ装置内の回折格子の入射角及び回折角を示す図である。
【図３】従来方式の本発明方式とのスペクトル特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例２の半導体レーザ装置の構成図である。
【図５】半導体レーザのビーム形状を示す図である。
【図６】従来のこの種の半導体レーザ装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の半導体レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１の半導体レーザ装置の構成図である。図１に示す半導体レーザ装置は、半導体レーザ１、駆動電源２、コリメートレンズ３、回折格子５０、フォトダイオード８を有して構成される。
【００１８】
半導体レーザ１は、駆動電源２により駆動され、楕円形ビームを出射する。コリメートレンズ３は、半導体レーザ１から出射された楕円形ビームを回折格子５０に導く。
【００１９】
回折格子５０は、コリメートコンズ３から出射された楕円形ビームに対して波長選択及びスペクトル狭線幅化を行う。回折格子５０の表面には複数の鋸居状溝が形成されており、この複数の鋸居状溝にレーザ光が入射されてレーザ光が回折する。
【００２０】
図２は、本発明の実施例１の半導体レーザ装置内の回折格子の入射角及び回折角を示す図である。図２において、半導体レーザ１からのレーザ光がコリメートレンズ３の中心を通り、回折格子５０の表面Ａ−Ａ´の中心Ｏを通るように設定されている。
【００２１】
回折格子５０の表面Ａ−Ａ´に対して垂直な回折格子法線Ｂをたて、入射光Ｃと回折格子法線Ｂとのなす角度を入射角θとした場合に、入射光Ｃが回折格子５０の中心Ｏに入射すると、回折格子５０により０次回折光Ｄと、１次回折光Ｅと、入射光Ｃ側に戻る２次以上の高次回折光とが発生する。
【００２２】
０次回折光Ｄは、回折格子法線Ｂとのなす角度がθ０であり、図５に示すように、横ビームサイズwxと縦ビームサイズwyとの大きさが異なり、楕円径ビームである。１次回折光Ｅは、回折格子法線Ｂとのなす角度がθ１であり、横ビームサイズwxと縦ビームサイズwyとの大きさがほぼ同じであり、円径ビームである。
【００２３】
このため、回折格子５０は、１次回折光Ｅが円形となる角度に入射角θが選択され、２次以上の回折光が半導体レーザ１に戻るための格子周波数を持つ。ここで、格子周波数とは、回折格子５０の溝周期であり、１ｍｍあたりの溝本数の逆数である。
【００２４】
フォトダイオード８は、回折格子５０からの０次回折光Ｄを検出し、検出出力を駆動電源２にフィードバックし出力および波長の安定化に用いている。
【００２５】
次にこのように構成された実施例１の半導体レーザ装置の動作を説明する。
【００２６】
まず、半導体レーザ１から出射されたレーザ光はコリメートレンズ３により平行光にされて回折格子５０に入射される。このとき、図５に示すようにコリメート化されたレーザ光は、半導体レーザ１のｘ方向及びｙ方向へのビーム拡がり角の違いからビームサイズがwx及びwyで示される楕円形状となる。
【００２７】
このコリメート化されたレーザ光を図２に示すように１次回折光のビームサイズwx及びwyがほぼ等しい値になるよう入射角θを
2013145819.tif 000003
となる角度に選択する。
【００２８】
一方、回折格子５０の入射光と回折光の関係は
2013145819.tif 000004
で表される。
【００２９】
ここで、ｍは回折光の次数、λはレーザ光の波長、ｄｇは格子周波数、θは入射光の入射角、θｄは回折角である。このため、上記ビームサイズwx及びwyが等しくなるように入射角θを選択し、例えば、２次回折光（ｍ＝２）を入射角と等しい方向へ回折する場合には、必要となる回折格子５０の格子周波数は
2013145819.tif 000005
となる。
【００３０】
さらに回折による波長選択性ｄλは、
2013145819.tif 000006
と表される。このため、２次回折光（ｍ＝２）の場合には、１次回折光を共振させる場合に比べて、回折格子５０上でのビーム径が大きくなり、格子周波数ｄｇを２次以上の回折光が半導体レーザ１に戻るように選択することにより波長選択・安定化・狭線幅化が可能となる。
【００３１】
また、波長により出力光となる１次回折角が異なるため、波長の異なる自然放出光等の不要光を空間的に分離でき、スペクトル純度も向上できる。
【００３２】
このように実施例１の半導体レーザ装置によれば、１次回折光が円形となる角度に入射角が選択され、２次以上の回折光が前記半導体レーザに戻る格子周波数を持つ回折格子５０を用いたので、円形ビームへの整形、波長選択、不要光との分離が行われる。このため、スペクトル分解能の向上を行いながらビーム整形用のアナモルフィックプリズム、不要光分離フィルタが必要なくなるため、装置の簡単化、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００３３】
図３は、従来方式の本発明方式とのスペクトル特性を示す図である。図３（ａ）は半導体レーザ１の波長と出力レベルとの関係を示す図である。図３（ｂ）は従来型（０次回折光出射でフィルタなし）の半導体レーザ１の波長と出力レベルとの関係を示す図である。図３（ｂ）では、不要光が発生している。図３（ｃ）は、本発明の１次回折光出射の半導体レーザ１の波長と出力レベルとの関係を示す図である。図３（ｃ）では、不要光が発生していないことがわかる。
【実施例２】
【００３４】
図４は、本発明の実施例２の半導体レーザ装置の構成図である。図４に示す実施例２の半導体レーザ装置は、回折格子５０からの１次回折光を２分配するハーフミラー６を有し、フォトダイオード８がハーフミラー６で２分配された一方の１次回折光を検出して検出出力を駆動電源２にフィードバックしている。
【００３５】
このように実施例２の半導体レーザ装置においても、実施例１の半導体レーザ装置と同様な効果が得られる。また、１次回折光を検出して検出出力を駆動電源２にフィードバックしているので、駆動電源２に0次回折光による不要光が混入されることがないため、駆動電源２にノイズ等が発生しなくなる。
【００３６】
なお、本発明は、実施例１及び実施例２の半導体レーザ装置に限定されるものではない。実施例１、実施例２の半導体レーザ装置では、回折格子５０として、鋸居状溝を用いたが、例えば、正弦波状溝、矩形状溝を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、分析、計測、医療、光情報処理、レーザディスク等に使用されるレーザ装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１‥半導体レーザ、２‥駆動電源、３‥コリメートレンズ、４ａ，４ｂ‥アナモルフィックプリズムペア、５，５０‥回折格子、６‥ハーフミラー、７‥バンドパスフィルタ、８‥ＰＤ（フォトダイオード）。  
【図１】
2013145819.tif 000007
【図２】
2013145819.tif 000008
【図３】
2013145819.tif 000009
【図４】
2013145819.tif 000010
【図５】
2013145819.tif 000011
【図６】
2013145819.tif 000012