(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース（３１）と、
前記ベース上に設けられ、前記ベース面に沿った方向に光を出射する半導体レーザ（３２）と、
前記半導体レーザから出射された光を平行光に変換するコリメータ（３３）と、
前記コリメータの光軸に沿って前記ベース上を移動可能に形成された直進ステージ（３４）と、
前記直進ステージを移動させる駆動手段（３５）と、
前記直進ステージのステージ面の垂線であって、且つそれと前記コリメータの光軸と交わる回転軸を中心として前記直進ステージ上に回転自在に支持された回転ステージ（３６）と、
前記コリメータからの光を回折するための刻線が設けられた回折面を有し、該回折面上を前記回転ステージの回転軸が通り、且つ前記刻線が前記回転ステージの回転軸と平行となるように、前記回転ステージ上に固定された回折格子（３７）と、
前記回折格子の回折面に対向するように前記直進ステージ上に設けられ、前記回折格子の回折面からの回折光を該回折面へ反射するミラー（３８）と、
前記回転ステージの回転軸に垂直な平面内にあり且つ前記回折格子の回折面に対して前記回転ステージの回転軸に交わる前記ミラーの反射面の法線と前記コリメータの光軸とがなす角の１／２の角度をなすようにして前記回転ステージの径方向に延び、一端側が前記回転ステージに固定された所定長さのスライドバー（４０）と、
前記スライドバーの他端を当接した状態で前記直進ステージの移動方向と直交する方向に摺動案内するスライドガイド（４１）とを備え、
前記回転ステージの回転軸から前記スライドバーの摺動方向の面を含む平面と前記コリメータの光軸との交点までの距離が、前記半導体レーザの一方の端面と前記ミラーとの間の光路で構成される実効外部共振器長と等しくなるように構成したことを特徴とする波長可変光源。
【請求項２】
前記ミラーをその反射面の法線方向に移動させるミラー移動手段（５１）を前記直進ステージ上に設けたことを特徴とする請求項１記載の波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザから出射された光を回折格子に入射し、回折格子の回折光をミラーによって回折格子へ反射するように構成するとともに、半導体レーザからの光に対する回折格子の角度と半導体レーザの外部共振器長とを可変することによって、波長を連続可変する光を出力する波長可変光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光部品の各種の波長依存特性を測定するための光源として、従来より外部共振型の波長可変光源が用いられている。
【０００３】
リトマン型の外部共振型の波長可変光源は、半導体レーザの出射光を回折格子に入射し、その回折光をミラーによって回折格子側へ反射して半導体レーザ側へ戻すように構成されている。
【０００４】
この構成においては、ミラーと半導体レーザの一方の端面との間で外部共振器を構成しており、この外部共振器長を変化させると半導体レーザから出射される共振波長が連続的に変化する。さらに、回折格子への半導体レーザからの光の入射を可変すると、外部共振器の選択波長が変化する。
【０００５】
したがって、この外部共振型の半導体レーザで出射波長を連続的に変化させるためには、外部共振器長を可変することで共振波長が変化する光のうち、特定の共振モードの光の波長の変化に追従させて回折格子の角度を可変する必要がある。
【０００６】
このように、外部共振器長の変化に対して回折格子の角度が追従変化させるために、従来の波長可変光源１０は図５に示すように構成されている。
【０００７】
この波長可変光源１０は、上面が平坦なベース１１上に形成されている。ベース１１上の所定位置には、光をベース上面に沿って一定方向に出射する半導体レーザ１２が設けられている。半導体レーザ１２から出射された光は、コリメータ１３によって平行光に変換される。
【０００８】
コリメータ１３をはさんで半導体レーザ１２の反対側には、直進ステージ１４が配置されている。直進ステージ１４の上面１４ａはベース１１の上面１１ａと平行に形成されており、図示しないガイド部材によってコリメータ１３の光軸に沿ってベース１１上を直線的に移動可能になっており、モータ等からなる駆動装置１５によって駆動される。
【０００９】
直進ステージ１４の上には、回転ステージ１６が設けられている。回転ステージ１６は、直進ステージ１４の上面１４ａに直交し且つコリメータ１３の光軸と交わる回転軸Ｊを中心として直進ステージ１４に回転自在に支持されている。
【００１０】
回転ステージ１６の上には、回折格子１７とミラー１８が固定されている。回折格子１７は、光を回折するための刻線が設けられた回折面１７ａ上を回転ステージ１６の回転軸Ｊが通り且つ刻線が回転ステージ１６の回転軸Ｊと平行となるように、回転ステージ１６上に固定されている。
【００１１】
ミラー１８は、その反射面１８ａを回折格子１７の回折面１７ａに対向させた状態で、回転ステージ１６の周縁上に固定されている。
【００１２】
また、回転ステージ１６にはスライドバー２０の一端側２０ａが固定されている。スライドバー２０は、回転ステージ１６の回転軸Ｊに直交し且つ回折格子１７の回折面１７ａと同一平面内で回転ステージ１６の径方向に延びている。
【００１３】
スライドバー２０の他端２０ｂ側は、ベース１１上に立設されたスライドガイド２１の台部２１ａによって下方から支持されており、その先端は、スライドガイド２１のガイド面２１ｂに当接している。スライドガイド２１のガイド面２１ｂは、回転ステージ１６の回転軸Ｊに平行で且つ直進ステージ１４の移動方向と直交する方向に延びており、このガイド面２１ｂによってスライドバー２０の先端を、直進ステージ１４の移動方向と直交する方向に摺動案内する。
【００１４】
なお、回転ステージ１６とベース１１との間には、回転ステージ１６に取り付けられたスライドバー２０の先端がスライドガイド２１のガイド面２１ｂに常に当接する方向に回転付勢するためのバネ２２が取り付けられている。
【００１５】
このように構成された波長可変光源１０では、駆動装置１５によって例えば図６に示すように、直進ステージ１４が半導体レーザ１２に近づく方向に所定距離移動すると、スライドバー２０の先端とスライドガイド２１のガイド面２１ｂとの当接位置Ａが半導体レーザ１２から遠ざかる方向に移動して、回転ステージ１６がバネ２２の力に抗して時計回りに所定角度回転する。逆に直進ステージ１４が半導体レーザ１２から離間する方向に移動すると、バネ２２の力によってスライドバー２０の先端とスライドガイド２１のガイド面２１ｂとの当接位置Ａが半導体レーザ１２に近づく方向に移動して、回転ステージ１６が反時計回りに回転する。
【００１６】
ここで、直進ステージ１４を移動することは、半導体レーザ１２の外部共振器長を可変していることになるので、外部共振器長に追従して回折格子１７の角度を可変することができる。
【００１７】
そして、回転ステージ１６の回転軸Ｊからスライドバー２０の先端までの距離、回転軸Ｊからスライドガイド２１のガイド面２１ｂまでの距離、回転軸Ｊから半導体レーザ１２までの距離および回転軸Ｊからミラー１８の反射面１８ａまでの距離等が所定の関係を満たすように予め設定しておくことで、１つの共振モードの光をその波長が連続的に可変できる状態で出射することができる。
【００１８】
なお、波長可変された光は、例えば図５、図６に破線で示しているように、半導体レーザ１２の回折格子側とは逆の端面から出射される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したように回転ステージ１６上に回折格子１７とミラー１８とを配置した従来の波長可変光源では、回転ステージ１６の径が大きくなるという問題があった。
【００２０】
また、回転ステージ１６上の周縁部にミラー１８が配置されるので、このミラー１８によって回転ステージ１６の重心位置が回転中心から離れた位置となり、回転ステージ１６の中心部を回転自在に支持する支持機構の僅かにガタによって、回転ステージ１６が大きな軸ぶれを起こし、この軸ぶれによって半導体レーザ１２の光軸に対する回折格子１７の回折面１７の刻線の角度が変化してしまい、共振器長の変化に選択波長の変化が追従せず、直進ステージの位置に対する出射光の波長の再現性が低いという問題があった。
【００２１】
本発明は、この問題を解決した波長可変光源を提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の波長可変光源は、
ベース（３１）と、
前記ベース上に設けられ、前記ベース面に沿った方向に光を出射する半導体レーザ（３２）と、
前記半導体レーザから出射された光を平行光に変換するコリメータ（３３）と、
前記コリメータの光軸に沿って前記ベース上を移動可能に形成された直進ステージ（３４）と、
前記直進ステージを移動させる駆動手段（３５）と、
前記直進ステージのステージ面の垂線であって、且つそれと前記コリメータの光軸と交わる回転軸を中心として前記直進ステージ上に回転自在に支持された回転ステージ（３６）と、
前記コリメータからの光を回折するための刻線が設けられた回折面を有し、該回折面上を前記回転ステージの回転軸が通り、且つ前記刻線が前記回転ステージの回転軸と平行となるように、前記回転ステージ上に固定された回折格子（３７）と、
前記回折格子の回折面に対向するように前記直進ステージ上に設けられ、前記回折格子の回折面からの回折光を該回折面へ反射するミラー（３８）と、
前記回転ステージの回転軸に垂直な平面内にあり且つ前記回折格子の回折面に対して前記回転ステージの回転軸に交わる前記ミラーの反射面の法線と前記コリメータの光軸とがなす角の１／２の角度をなすようにして前記回転ステージの径方向に延び、一端側が前記回転ステージに固定された所定長さのスライドバー（４０）と、
前記スライドバーの他端を当接した状態で前記直進ステージの移動方向と直交する方向に摺動案内するスライドガイド（４１）とを備え、
前記回転ステージの回転軸から前記スライドバーの摺動方向の面を含む平面と前記コリメータの光軸との交点までの距離が、前記半導体レーザの一方の端面と前記ミラーとの間の光路で構成される実効外部共振器長と等しくなるように構成したことを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の請求項２の波長可変光源は、請求項１の波長可変光源において、
前記ミラーをその反射面の法線方向に移動させるミラー移動手段（５１）を前記直進ステージ上に設けている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の波長可変光源３０の構成を示している。
【００２５】
この波長可変光源３０は、上面が平坦なベース３１上に形成されており、ベース３１上の所定位置には、光をベース上面に沿って一定方向に出射する半導体レーザ３２が設けられ、半導体レーザ３２から出射された光は、コリメータ３３によって平行光に変換される。
【００２６】
コリメータ３３をはさんで半導体レーザ３２の反対側には、直進ステージ３４が配置されており、直進ステージ３４の上面３４ａはベース３１の上面３１ａと平行に形成されている。この直進ステージ３４は、図示しないガイド部材によってコリメータ３３の光軸に沿ってベース３１上を直線的に移動可能になっており、モータ等からなる駆動装置３５によって駆動される。
【００２７】
直進ステージ３４の上には回転ステージ３６が設けられている。回転ステージ３６は、直進ステージ３４の上面３４ａに垂直で且つコリメータ３３の光軸と交わる回転軸Ｊを中心として直進ステージ３４に回転自在に支持されている。
【００２８】
回転ステージ３６の上には回折格子３７が固定されている。回折格子３７は、光を回折するための刻線が設けられた回折面３７ａ上を回転ステージ３６の回転軸Ｊが通り且つ刻線が回転ステージ３６の回転軸Ｊと平行となるように、回転ステージ３６上に固定されている。
【００２９】
一方、回折格子３７からの回折光を回折面へ反射するためのミラー３８は、その反射面３８ａの中心を通る法線が回転軸Ｊと直交する向きで回折格子３７の回折面３７ａに対向している。このミラー３８には平面ミラーまたはコーナーミラーが用いられる。
【００３０】
また、回転ステージ３６にはスライドバー４０の一端４０ａ側が固定されている。スライドバー４０は、回転ステージ３６の回転軸Ｊに直交し且つ回折格子３７の回折面３７ａに対して回転ステージ３６の回転軸Ｊに交わるミラー３８の反射面の法線とコリメータ３３の光軸とがなす角２γの１／２の角度γをなすようにして回転ステージ３６の径方向に延びている。
【００３１】
スライドバー４０の他端４０ｂ側は、ベース３１上に立設されたスライドガイド４１の台部４１ａに下方から支持されており、その先端は、スライドガイド４１のガイド部４１ｂに当接している。スライドガイド４１のガイド部４１ｂは、ベース３１に平行で且つ直進ステージ３４の移動方向と直交する方向に延びており、このガイド部４１ｂの延長線とコリメータ３３の光軸との交点から回転ステージ３６の回転軸Ｊまでの距離は、この外部共振器の実効外部共振器長と等しくなるように設定されている。スライドバー４０の先端は、このガイド部４１ｂによって直進ステージ３４の移動方向と直交する方向に摺動案内される。
【００３２】
なお、回転ステージ３６とベース３１との間には、回転ステージ３６に取り付けられたスライドバー４０の先端がスライドガイド４１のガイド部４１ｂに常に当接する方向に回転付勢するためのバネ４２が取り付けられている。
【００３３】
また、波長可変された光は、半導体レーザ３２の回折格子とは反対側の端面から取り出される。
【００３４】
このように構成された波長可変光源３０では、駆動装置３５によって例えば図２の（ａ）に示すように、直進ステージ３４が半導体レーザ３２に近づく方向に所定距離移動すると、スライドバー４０の他端４０ｂとスライドガイド４１のガイド部４１ｂとの当接位置が半導体レーザ３２から遠ざかる方向に移動して、回転ステージ３６がバネ４２の力に抗して時計回りに所定角度回転し、回折格子３７も回転ステージ３６と同一方向に同一角度回転する。
【００３５】
また、図２の（ｂ）のように、直進ステージ３４が半導体レーザ３２から離間する方向に移動すると、バネ４２の力によってスライドバー４０の他端４０ｂとスライドガイド４１のガイド部４１ｂとの当接位置が半導体レーザ３２に近づく方向に移動して、回転ステージ３６が反時計回りに回転し、回折格子３７も回転ステージ３６と同一方向に同一角度回転する。
【００３６】
したがって、回転ステージ３６上の回折格子３７は、直進ステージ３４の移動に追従して回転することになり、直進ステージ３４を移動することは、半導体レーザ３２の外部共振器長を可変していることになるので、外部共振器長に追従して回折格子３７の角度を可変することができる。
【００３７】
次に、この波長可変光源３０が波長を連続的に可変できるための条件について説明する。
【００３８】
図３に示しているように、この波長可変光源３０では、回折格子３７とミラー３８との間の光路長Ｌａは、直進ステージ３４の移動や回転ステージ３６の回転にかかわらず一定であり、この光路長Ｌａと半導体レーザ３２と回折格子３７との間の光路長Ｌｂとの合計が外部共振器長となる。
【００３９】
なお、半導体レーザ３７内の屈折率は外部より大きいので、実際の光路長Ｌｂは、図３に示しているように、回折格子３７からみて半導体レーザ３２より反射面側より遠い位置Ｃ′にあり、この位置Ｃ′と、スライドガイド４１のガイド部４１ｂの延長線と半導体レーザ３２の光軸の延長線との交点位置Ｃとの間の距離が、回折格子３７とミラー３８との間の光路長Ｌａと等しくなるように予め設定されている。
【００４０】
また、前記したように、半導体レーザ３２から回折格子３７への光の入射光軸と回折光軸のなす角は、回折格子３７の回折面３７ａとスライドバー４０とのなす角γの２倍の２γに設定されている。
【００４１】
この状態で、発振波長λ0 の光が半導体レーザから出射されたとすると、回折格子３７で波長λ0 の光が回折される条件は、次式（１）、（２）のように表される。
【００４２】
λ0 ＝Ｘ・ｓｉｎθ0   ……（１）
ただし、Ｘ＝（２・ｄ・ｃｏｓγ）／ｍであり、ｍは回折次数、ｄは回折格子３７の格子定数、θ0 は図３の（ｂ）に示すように回折格子３７の入射光軸と回折光軸のなす角の２等分線Ｉと回折格子３７の法線Ｈとのなす角であり、回折格子３７の回折角をβ、回折格子３７への入射角をｉとしたとき、θ0 ＝（β＋ｉ）／２となり、γは（β−ｉ）／２で表される定数である。
【００４３】
ｑ0 ・λ0 ＝２Ｌ0   ……（２）
ただし、ｑ0 は外部共振モード次数、Ｌ0 は外部共振器の実効共振器長である。
【００４４】
ここで、外部共振器の実効共振器長Ｌ0 は、次式（３）で表される。
Ｌ0 ＝Ｌｓ・ｓｉｎ（ζ0 ）  ……（３）
ただし、Ｌｓは回転軸Ｊからスライドバー４０の先端とスライドガイド４１の当接位置Ａまでの距離、ζ0 はスライドバー４０とスライドガイド４１のガイド部４１ｂとのなす角である。
【００４５】
つぎに、波長（λ）、ζ＝ζ0 ＋Δζ、θ＝θ0 ＋Δθの場合を考える。
ζ＝ζ0 ＋Δζとθ＝θ0 ＋Δθとは、次の関係から等しい。
（ζ0 ＋Δζ）＋α＝９０°、（θ0 ＋Δθ）＋α＝９０°
ただし、αは、スライドバー４０と半導体レーザ３２の光軸とのなす角である。
【００４６】
したがって、回折格子３７の角度（θ0 ＋Δθ）によって選択される波長（λ）は、
λ＝Ｘ・sin （θ0 ＋Δθ）
となり、このときの外部共振器長（Ｌ）は、
Ｌ＝Ｌｓ・ｓｉｎ（ζ0 ＋Δζ）＝Ｌｓ・λ／Ｘ
となる。
【００４７】
よって、共振モード次数ｑは、
ｑ＝２・Ｌ／λ＝２・Ｌｓ／Ｘ
となり、ＬｓおよびＸは定数であるからｑも一定であり、１つの共振モード次数を維持した状態で波長を連続的に可変することができる。
【００４８】
実際の数値例を上げると、回折格子３７の刻線数を１０００本／ｍｍ、回折格子３７の回折面とスライドバー４０のなす角γを２２．５°、回折格子３７の入射角と出射角のなす角２γを４５°とした場合、波長１．５５μｍでθ＝ζ＝５７°、回折格子への入射角ｉ＝７９．５°となる。
【００４９】
以上のように、この波長可変光源３０では、回転ステージ３６で回折格子３７のみをそのほぼ中央部に支持し、直進ステージ３４上にミラー３８を設けているため、回転ステージ３６を回折格子３７を支持するのに必要最小限の大きさまで小さくすることができる。また、ミラー３８による回転ステージの軸ぶれが発生しないため、共振器長と選択波長とが常に同調し、直進ステージの位置の変化に対して出射光の波長を高い再現性をもって変化させることができる。
【００５０】
なお、前記実施形態では、ミラー３８を直進ステージ３４上に固定していたが、図４に示す波長可変光源５０のように、ミラー３８を圧電素子等によるミラー移動手段５１によって、反射面３８ａの法線方向に移動できるように構成してもよい。このように構成した場合には、ミラー移動手段５１によるミラー３８の移動によって共振器長と回折格子３７の回転角のずれを補正することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長可変光源は、直進ステージ上の回転ステージに回折格子のみを配置し、ミラーを直進ステージ上に設けているため、回転ステージを小さくすることができ、ミラーによる回転ステージの軸ぶれが発生しないため、共振器長と選択波長とが常に同調し、直進ステージの位置の変化に対して出射光の波長を高い再現性をもって変化させることができる。
【００５２】
また、ミラーに移動手段を設けた波長可変光源は、ミラー移動手段によるミラーの移動によって共振器長と回折格子の回転角のずれを補正することができ、さらに高い安定度で波長を連続可変することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す図
【図２】実施形態の動作を説明するための図
【図３】波長を連続可変させるための条件を検討するための図
【図４】本発明の他の実施形態の構成を示す図
【図５】従来の光源の構成を示す図
【図６】従来の光源の動作を説明するための図
【符号の説明】
３０  波長可変光源
３１  ベース
３２  半導体レーザ
３３  コリメータ
３４  直進ステージ
３５  駆動手段
３６  回転ステージ
３７  回折格子
３８  ミラー
４０  スライドバー
４１  スライドガイド
４２  バネ
【図１】
0004076623.tif 000002
【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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