JP2006080412A - Laser system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、外部共振器型半導体レーザを含むレーザシステムに関する。 The present invention relates to a laser system including an external cavity semiconductor laser.
近年、レーザシステムは、小型でかつ低消費電力である等の理由から、情報機器に多く使われるようになってきた。たとえば、ホログラフィックデータストレージ（ＨＤＳ：Holographic Data Storage）においては、レーザシステムから提供されるシングルモードのレーザ光が用いられる。ＨＤＳは、１本のレーザ光をビームスプリッタで２本に分けた後に記録メディア上で再び合わせ、その干渉によってデータを記憶する。 In recent years, laser systems have come to be widely used in information equipment because of their small size and low power consumption. For example, in holographic data storage (HDS), a single mode laser beam provided from a laser system is used. In the HDS, one laser beam is divided into two by a beam splitter and then recombined on a recording medium, and data is stored by the interference.
このような、ホログラム記録再生用の光源としては、シングルモードの光源であるガスレーザやＳＨＧレーザが用いられることが多い。しかしながら、元来マルチモード発振である、レーザ・ダイオード（ＬＤ）のような半導体レーザでも、これを外部共振器と組み合わせた外部共振器型半導体レーザとして構成することによってシングルモード化することができ、ホログラム記録再生用の光源として使用することが可能である。 As such a light source for hologram recording / reproduction, a gas laser or SHG laser which is a single mode light source is often used. However, even a semiconductor laser such as a laser diode (LD), which is originally a multimode oscillation, can be converted to a single mode by configuring it as an external resonator type semiconductor laser combined with an external resonator. It can be used as a light source for hologram recording and reproduction.
ここで、従来の代表的な外部共振器型半導体レーザの構成を、図２９を参照して説明する。なお、図２９に示す構成は、Ｌｉｔｔｒｏｗ（リットロー）型のレーザシステムの平面図を示したものである。この外部共振器型半導体レーザ４００の構成は、非特許文献１に記載されたレーザシステムの構成と同様のものである。
Here, the configuration of a conventional typical external cavity semiconductor laser will be described with reference to FIG. The configuration shown in FIG. 29 is a plan view of a Littrow type laser system. The configuration of the external cavity semiconductor laser 400 is the same as the configuration of the laser system described in Non-Patent
外部共振器型半導体レーザ４００では、レーザ・ダイオードのような半導体レーザ素子４０１から出射された縦多モードのレーザ光（発振光）がレンズ４０２によって平行に集められ、グレーティング（回折格子）４０３に入射される。グレーティング４０３は、入射した光の１次回折光を出力する。グレーティング４０３の配置角度に応じて特定の波長の１次回折光が、レンズ４０２を介して半導体レーザ素子４０１に逆注入される。この結果、半導体レーザ素子４０１が、注入された１次回折光に共振してシングルモードの光（矢印Ａによって表された０次光）を出射するようになり、その光の波長は、グレーティング４０３から戻ってきた光の波長と同じになる。
In the external cavity semiconductor laser 400, longitudinal multimode laser light (oscillation light) emitted from a
この例では、ネジ４０５をピエゾ素子と組み合わせて、微妙なグレーティング４０３の角度を調整している。
In this example, the delicate angle of the
次に、図３０のグラフを参照して、図２９で説明した構成の外部共振器型半導体レーザから出力されるレーザ光のレーザパワーと波長の関係を説明する。図３０に示すグラフの横軸はレーザパワーを示し、単位はｍＷである。一方、グラフの縦軸は波長を表しており、単位はｎｍである。図３０から分かるように、レーザ光のレーザパワーが増加するにしたがって、レーザ光の波長は、概ねのこぎり状の変化を示す。 Next, the relationship between the laser power and the wavelength of the laser beam output from the external resonator type semiconductor laser having the configuration described in FIG. 29 will be described with reference to the graph in FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 30 indicates the laser power, and the unit is mW. On the other hand, the vertical axis of the graph represents the wavelength, and the unit is nm. As can be seen from FIG. 30, as the laser power of the laser light increases, the wavelength of the laser light shows a generally saw-like change.
外部共振器型半導体レーザでは、レーザパワーの増加に伴って射出されたレーザ光の波長が徐々に大きくなる外部共振器モードホップの領域と、レーザパワーが増加した場合に、射出されたレーザ光の波長が急激に小さくなる、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域が存在する。このように、レーザ光の波長は、レーザパワーの増加に伴い、離散的に推移する。 In the external cavity type semiconductor laser, the region of the external cavity mode hop where the wavelength of the emitted laser light gradually increases as the laser power increases, and the laser light emitted when the laser power increases. There is a mode hop region due to the laser chip in the semiconductor laser where the wavelength decreases rapidly. Thus, the wavelength of the laser light changes discretely as the laser power increases.
また、たとえば、レーザパワーが３０ｍＷ付近では単一の波長のレーザ光が射出されて完全なシングルモードとなっているが、レーザパワーが３２ｍＷ付近では、３つのモード（３モード）の光が発生している。さらに、半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域にあたる、レーザパワーが３５ｍＷの付近においては、波長４０９．７５ｎｍ付近で３モードの光が発生し、さらに波長４０９．７１５ｎｍ付近で３モードの光が発生し、全体として６モードの光が射出されている。 Also, for example, when the laser power is around 30 mW, a single wavelength laser beam is emitted and becomes a complete single mode, but when the laser power is around 32 mW, light of three modes (three modes) is generated. ing. Further, when the laser power in the vicinity of the mode hop by the laser chip in the semiconductor laser is about 35 mW, three-mode light is generated in the vicinity of a wavelength of 409.75 nm, and further, three-mode light is generated in the vicinity of a wavelength of 409.715 nm. As a whole, 6-mode light is emitted.
レーザ光をＨＤＳに用いる場合、レーザパワーが３２ｍＷ付近で生じるような３モードの光や、２モードの光は、完全なシングルモードの光と同等の記録再生特性を示すので、シングルモードの光と同様に使用することができる。ここでは、たとえば、レーザパワーが３０ｍＷ付近で発生するような完全なシングルモードと、たとえば、レーザパワーが３２ｍＷ付近で生じるような３モードや２モードを総称して使用可能モードと呼ぶことにする。 When laser light is used for HDS, three-mode light and two-mode light that are generated when the laser power is around 32 mW exhibit recording / reproduction characteristics equivalent to complete single-mode light. It can be used as well. Here, for example, a complete single mode in which the laser power is generated in the vicinity of 30 mW and a three mode or two mode in which the laser power is generated in the vicinity of 32 mW are collectively referred to as usable modes.
一方、たとえば、前述したような、レーザパワーが３５ｍＷ付近で生じるような、６モードの光が射出される状態は、２つの３モードの組が、互いに約４０ｐｍ程度離れているために、良好なホログラム記録を実現することができない。ここでは、このようなモードを使用不可モードと呼ぶことにする。たとえば、使用可能モードでＭ／＃が６．５のホログラムメディアに対して、使用不可モードのレーザ光を用いて記録を行うと、Ｍ／＃は２．５に劣化してしまう。 On the other hand, for example, as described above, the state in which 6-mode light is emitted such that the laser power is generated in the vicinity of 35 mW is good because the two 3-mode sets are separated from each other by about 40 pm. Hologram recording cannot be realized. Here, such a mode is referred to as an unusable mode. For example, when recording is performed using a laser beam in an unusable mode on a hologram medium having an M / # of 6.5 in the usable mode, M / # deteriorates to 2.5.
次に、戻り光を受けた場合に、外部共振器型半導体レーザから出力されるレーザ光のレーザパワーと波長の関係について、図３１を用いて説明する。図３１に示したのは、外部共振器型半導体レーザに、２％程度の戻り光があった場合のレーザ光の様子である。図３１に示すグラフの横軸は波長を表しており、単位はｎｍである。一方、グラフの縦軸はレーザパワーを示し、単位はｎＷである。図３１から、出力レーザ光は、波長４０３．５０（ｎｍ）を中心に少なくとも６つのピークを有しており、わずか２％ほどの戻り光があっただけでも、マルチモードのレーザ光となってしまうことが分かる。このようなレーザ光は、使用不可モードのレーザ光となり、ＨＤＳに利用することができない。 Next, the relationship between the laser power and the wavelength of the laser light output from the external resonator type semiconductor laser when receiving the return light will be described with reference to FIG. FIG. 31 shows the state of laser light when the external resonator type semiconductor laser has about 2% return light. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 31 represents the wavelength, and the unit is nm. On the other hand, the vertical axis of the graph represents the laser power, and the unit is nW. From FIG. 31, the output laser beam has at least six peaks centered at a wavelength of 403.50 (nm), and even if there is only 2% return light, it becomes a multimode laser beam. I understand that. Such a laser beam becomes an unusable mode laser beam and cannot be used for HDS.
前述のように、レーザーチップによるモードホップに起因するマルチモードの光（たとえば、６モードの光のような、使用不可モードのレーザ光）では、良好なホログラム記録を行うことができない。しかしながら、これに対しては、オプティカルウェッジと２分割ディテクタを用いて出力レーザ光の波長をモニタし、そのようなレーザ光の射出を回避するように制御される波長判定装置を用いることによって解決することが可能である。また、波長判定装置には、２組の２分割ディテクタを用いるものもある。したがって、これらの装置を採用することによって、出力されたレーザ光の波長を正確にモニタし、使用不可モードのレーザ光の発生を効果的に抑止することができる。 As described above, good hologram recording cannot be performed with multi-mode light (for example, unusable mode laser light such as 6-mode light) resulting from mode hopping by the laser chip. However, this is solved by monitoring the wavelength of the output laser beam using an optical wedge and a two-divided detector, and using a wavelength determination device that is controlled to avoid such laser beam emission. It is possible. Some wavelength determination apparatuses use two sets of two-divided detectors. Therefore, by adopting these devices, it is possible to accurately monitor the wavelength of the output laser light and effectively suppress the generation of the unusable mode laser light.
また、前述のように、外部共振器型半導体レーザに戻り光が存在する場合は、その戻り光がほんのわずかなものであっても、出力されるレーザ光がマルチモードとなってしまい、ホログラム記録等に利用することが難しくなる。このような戻り光を遮断するために、アイソレータを光路上に設置する方法が考えられる。しかしながら、通常のアイソレータは、外部共振器型半導体レーザのサイズより大きく、適切なレーザ光を出力するためのレーザシステムを小型ドライブとして設計しようとする際の妨げとなっている。 As described above, when there is return light in the external resonator type semiconductor laser, even if the return light is very small, the output laser light becomes multimode, and hologram recording is performed. It becomes difficult to use for etc. In order to block such return light, a method of installing an isolator on the optical path is conceivable. However, a normal isolator is larger than the size of an external cavity semiconductor laser, which is an obstacle to designing a laser system for outputting an appropriate laser beam as a small drive.
またさらに、上述の外部共振器型半導体レーザにおいては、通常、ビーム形状（ビームスポットの形状）が楕円となり、典型的なサイズは、１．６ｍｍ×３．８ｍｍである。このような楕円形のビームは、空間変調器が１次元型である場合は利用可能であるが、空間変調器が２次元型である場合には円形に近い形状のビームであることが望ましい。なお、空間変調器は、ホログラム記録において、ホログラム記録メディア上に照射する信号光を変調するものであり、たとえば、液晶素子等で構成される。 Furthermore, in the above-described external cavity semiconductor laser, the beam shape (beam spot shape) is usually an ellipse, and the typical size is 1.6 mm × 3.8 mm. Such an elliptical beam can be used when the spatial modulator is a one-dimensional type, but when the spatial modulator is a two-dimensional type, it is desirable that the beam be a circular shape. Note that the spatial modulator modulates signal light applied to the hologram recording medium in hologram recording, and is composed of, for example, a liquid crystal element.
ビーム形状が楕円のビームは、通常、楕円形の短軸側（すなわち、上述の例では、１．６ｍｍの軸）を引き延ばすことによって、ほぼ円形のビームに変形される。しかしながら、ビーム形状のサイズを大きくすると、戻り光を遮断するためのアイソレータに当該ビームが入射される場合には、アイソレータのサイズが大きくなり、結果的に、小型のレーザシステムを実現できなくなる。 A beam having an elliptical beam shape is usually transformed into a substantially circular beam by stretching the short axis side of the ellipse (ie, the 1.6 mm axis in the above example). However, when the size of the beam shape is increased, when the beam is incident on the isolator for blocking the return light, the size of the isolator increases, and as a result, a small laser system cannot be realized.
アイソレータは、入射光を受光するファラデー結晶と、そのまわりに配置され、ファラデー結晶に一様の磁界を与える磁石とを含むが、入射光の径が大きくなれば、ファラデー結晶のサイズも大きくなり、さらに、それに伴って、磁石のサイズも大きくなり、結果的にアイソレータのサイズが非常に大きなものとなる。 The isolator includes a Faraday crystal that receives incident light, and a magnet that is disposed around the Faraday crystal and applies a uniform magnetic field to the Faraday crystal, but as the diameter of the incident light increases, the size of the Faraday crystal also increases. Further, along with this, the size of the magnet increases, and as a result, the size of the isolator becomes very large.
したがって、この発明の目的は、レーザ光の波長をモニタし、さらに場合によっては、レーザーチップによるモードホップに起因する使用不可モードのレーザ光の発生を抑止しながら、外部共振器型半導体レーザに戻り光が入射されないように構成されるレーザシステムを提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to return to the external resonator type semiconductor laser while monitoring the wavelength of the laser light and, in some cases, suppressing the generation of the unusable mode laser light due to the mode hop by the laser chip. An object of the present invention is to provide a laser system configured so that light is not incident thereon.
さらに、この発明の目的は、レーザ光のビーム形状を、ほぼ円形とするように構成されるレーザシステムを提供することにある。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a laser system configured so that the beam shape of laser light is substantially circular.
またさらに、この発明の目的は、上記目的を達成するとともに、小さなサイズで構成されるレーザシステムを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a laser system that achieves the above object and is configured in a small size.
この発明の第１の実施態様は、レーザ光を射出する外部共振器型半導体レーザと、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光を受光し、所定の方向に、異なる光強度分布を有する反射光を出力する反射手段と、反射手段を透過したレーザ光を、ビーム形状の長軸方向に関して縮小するように変形して出力するビーム形状変形手段と、ビーム形状変形手段から出力されたレーザ光を透過して戻り光を遮断するアイソレータを有するように構成されたレーザシステムである。 The first embodiment of the present invention receives an external resonator type semiconductor laser that emits laser light and laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser, and has different light intensity distributions in a predetermined direction. Reflecting means that outputs reflected light, laser beam that has passed through the reflecting means is deformed so as to be reduced with respect to the long axis direction of the beam shape, and laser light output from the beam shape deforming means Is a laser system configured to have an isolator that transmits light and blocks return light.
この発明の第２の実施態様は、第１の実施態様において、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光のビーム形状が楕円形であり、短軸方向の直径が２．４ｍｍ以下であるように構成されたレーザシステムである。 According to a second embodiment of the present invention, in the first embodiment, the beam shape of the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser is an ellipse, and the diameter in the minor axis direction is 2.4 mm or less. This is a laser system configured as described above.
この発明の第３の実施態様は、第２の実施態様において、外部共振器型半導体レーザは、レーザ光を射出する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光をほぼ平行な光に集光するレンズと、集光された光のうち、配置された角度に応じて特定の波長の１次回折光を半導体レーザ素子に向けて出力するグレーティングと、グレーティングから０次光を反射して外部にレーザ光を出力するミラーを備え、グレーティングとミラーが所定の角度を維持しながら、同じ回転軸を中心に回転させた場合に、外部に出力されるレーザ光の出力方向を変化させずに、波長を変化させるように構成されたレーザシステムである。 According to a third embodiment of the present invention, in the second embodiment, the external cavity semiconductor laser includes a semiconductor laser element that emits a laser beam and a laser beam emitted from the semiconductor laser element to a substantially parallel beam. A condensing lens, a grating that outputs a first-order diffracted light of a specific wavelength toward the semiconductor laser element according to the disposed angle, and a zero-order light reflected from the grating to the outside Without rotating the output direction of the laser beam output to the outside when the grating and the mirror are rotated around the same rotation axis while maintaining a predetermined angle. A laser system configured to change wavelength.
この発明の第４の実施態様は、第１の実施態様において、反射手段からの反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する光検出手段と、少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を求め、差分値に基づいて、レーザ光の波長をモニタするモニタ手段をさらに備え、少なくとも２つの受光位置は、所定の方向と平行な方向に沿って配置されるように構成されたレーザシステムである。 According to a fourth embodiment of the present invention, in the first embodiment, the light detection means for detecting the light intensity of the reflected light from the reflection means at at least two light receiving positions, and the detection signal at the at least two light receiving positions. The laser further includes a monitoring unit that obtains a difference value and monitors the wavelength of the laser beam based on the difference value, and the at least two light receiving positions are arranged along a direction parallel to a predetermined direction. System.
この発明の第５の実施態様は、第１の実施態様において、反射手段がオプティカルウェッジであるように構成されたレーザシステムである。 A fifth embodiment of the present invention is a laser system configured such that, in the first embodiment, the reflecting means is an optical wedge.
この発明の第６の実施態様は、第１の実施態様において、ビーム形状変形手段は、ビーム形状の長軸方向に関する縮小を行って、ビーム形状の長軸方向の直径を、２．４ｍｍ以下に変形させるように構成されたレーザシステムである。 According to a sixth embodiment of the present invention, in the first embodiment, the beam shape deforming means reduces the beam shape in the major axis direction so that the diameter of the beam shape in the major axis direction is 2.4 mm or less. A laser system configured to be deformed.
この発明の第７の実施態様は、第６の実施態様において、ビーム形状変形手段は、ビーム形状の長軸方向に関する縮小を行って、ビーム形状の長軸方向の直径を、ビーム形状の短軸方向の直径の０．８５％ないし１．１５％に変形させるように構成されたレーザシステムである。 According to a seventh embodiment of the present invention, in the sixth embodiment, the beam shape deforming means performs reduction in the major axis direction of the beam shape so that the diameter of the major axis direction of the beam shape is reduced to the minor axis of the beam shape. A laser system configured to deform to 0.85% to 1.15% of the directional diameter.
この発明の第８の実施態様は、第１の実施態様において、ビーム形状変形手段は、アナモフィックプリズムであるように構成されたレーザシステムである。 An eighth embodiment of the present invention is a laser system configured such that, in the first embodiment, the beam shape deforming means is an anamorphic prism.
この発明の第９の実施態様は、第１の実施態様において、アイソレータは、直径が３．０ｍｍ以下のレーザ光を透過するように構成されたレーザシステムである。 According to a ninth embodiment of the present invention, in the first embodiment, the isolator is a laser system configured to transmit a laser beam having a diameter of 3.0 mm or less.
この発明の第１０の実施態様は、第９の実施態様において、アイソレータは、ファラデー結晶を有し、ファラデー結晶の直径は３．０ｍｍ以下であるように構成されたレーザシステムである。 A tenth embodiment of the present invention is the laser system according to the ninth embodiment, wherein the isolator has a Faraday crystal, and the Faraday crystal has a diameter of 3.0 mm or less.
この発明に係るレーザシステムによって、シングルモードで、かつほぼ円形のレーザ光を出力する小型のレーザシステムが提供される。 The laser system according to the present invention provides a small laser system that outputs a substantially circular laser beam in a single mode.
この発明に係るレーザシステムは、出力されたレーザ光の波長をモニタするためのオプティカルウェッジを含んでいる。 The laser system according to the present invention includes an optical wedge for monitoring the wavelength of the output laser beam.
また、この発明に係るレーザシステムにおいては、外部共振器型半導体レーザに戻り光が入射されないように、出力レーザ光の光路上にアイソレータが配置される。またさらに、出力されるレーザ光のビーム形状が、ほぼ円形となるように、アナモフィックプリズム（anamorphic prism：アナモプリズム、または歪像プリズムとも称される）のような光学部品も配置される。 In the laser system according to the present invention, an isolator is disposed on the optical path of the output laser light so that the return light is not incident on the external cavity semiconductor laser. Furthermore, an optical component such as an anamorphic prism (also referred to as an anamorphic prism or distorted image prism) is also arranged so that the beam shape of the laser beam to be output is substantially circular.
さらに、この発明に係るレーザシステムを、より小型なものとするため、一般的に大きなサイズであるアイソレータを小さく構成するように、アイソレータへの入射光の径を小さくする。ここでは、そのために、アナモフィックプリズム等の光学部品を用いて、ビーム形状の長軸方向を圧縮してほぼ円形の小さなビーム光を形成し、こうして変形されたビーム光をアイソレータに提供する。 Furthermore, in order to make the laser system according to the present invention more compact, the diameter of the incident light to the isolator is reduced so that the isolator having a generally large size is made smaller. Here, for this purpose, an optical component such as an anamorphic prism is used to compress the long axis direction of the beam shape to form a substantially circular small beam light, and thus the deformed beam light is provided to the isolator.
［１．波長モニタを行うための第１のレーザシステムの構成］
ここで、最初に、オプティカルウェッジと２分割ディテクタを用いてレーザ光の波長をモニタし、レーザーチップによるモードホップに起因するマルチモードの光の射出を回避するように制御されるレーザシステムについて説明する。
[1. Configuration of first laser system for wavelength monitoring]
Here, first, a description will be given of a laser system controlled to monitor the wavelength of laser light using an optical wedge and a two-divided detector, and to avoid emission of multimode light due to mode hopping by the laser chip. .
最初に、上記レーザシステムで用いられるオプティカルウェッジについて説明する。オプティカルウェッジとは、両面のなす角が数十分程度のガラス板である。これにレーザ光を約４５度傾けて入射すると、ガラス板の表面と裏面で反射した光が干渉縞を形成する。 First, an optical wedge used in the laser system will be described. An optical wedge is a glass plate whose angle between both surfaces is about several tens of minutes. When laser light is incident on this at an angle of about 45 degrees, the light reflected by the front and back surfaces of the glass plate forms interference fringes.
図１は、オプティカルウェッジ１にレーザ光３が入射された様子を示す略線図である。レーザ光３は、オプティカルウェッジ１で反射し、曇りガラス２に入射する。オプティカルウェッジ１は、図１に示す座標のｚ軸方向に進むにつれて、厚さｄが小さくなるように形成されている。ｚ軸方向は、図１の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。また、ｘ軸方向は、オプティカルウェッジ１の表面１ａおよび裏面１ｂに平行でかつｙ軸と垂直な方向であり、ｙ軸方向は、ｘ軸とｚ軸に直行する方向である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which a
図２は、図１のような状況の場合に、曇りガラス２で観察することができる干渉縞の例を示す略線図である。レーザ光３は、オプティカルウェッジ１の表面１ａで反射して曇りガラス２に入射するとともに、オプティカルウェッジ１の裏面１ｂで反射して曇りガラス２に入射するため、光路差が生じ、その結果、図２のような干渉縞１０が発生する。図２では、それぞれの干渉縞１０が、ｚ軸とほぼ垂直の方向に発生するように示されているが、必ずしもこのような方向に発生するとは限らない。収差等の影響によって、ｚ軸に垂直な方向とは、かなり異なる角度で干渉縞１０が発生する場合もある。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of interference fringes that can be observed with the
後で説明するように、上記レーザシステムでは、図２に示された干渉縞１０を人間が肉眼で見る必要はないので、曇りガラス２はこのレーザシステムに必須の構成要素ではない。上記レーザシステムでは、干渉縞１０の検出に、少なくとも２つのディテクタを用いる。
As will be described later, in the above laser system, since it is not necessary for the human eye to see the
ここで、オプティカルウェッジについてさらに詳細に説明を行う。図３に示すような、１本のレーザ中の光線Ａ、Ｂがオプティカルウェッジ１に入射する場合を考える。ここで、オプティカルウェッジ１は、図１に示すものと同様であり、図に示すｚ軸方向に進むにつれて、オプティカルウェッジ１の厚さｄが小さくなるように形成されている。
Here, the optical wedge will be described in more detail. Consider a case in which light rays A and B in one laser are incident on the
光線Ａは、オプティカルウェッジ１の表面１ａで反射して光線Ｃとなり、光線Ｂは、オプティカルウェッジ１の裏面１ｂで反射して、やはり光線Ｃとなるとする。このとき、光線Ａと光線Ｂの光路差を求め、それを使って光線Ｃでの位相差を計算する。まず、Ｓｎｅｌｌの法則より、以下の式１の関係が成り立つ。
ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｎ ・・・（式１）
一方、Ｌｇの長さは、以下の式２で表される。
Ｌｇ＝２ｄ＊ｔａｎθ’＊ｓｉｎθ ・・・（式２）
また、光線Ｂが、オプティカルウェッジ１内を通過する距離Ｌｐは、以下の式３で表される。
Ｌｐ＝２（Ｌｐ／２）＝２（ｄ／ｃｏｓθ’）＝２ｄ／ｃｏｓθ’ ・・・（式３）
The light beam A is reflected by the
sin θ / sin θ ′ = n (Expression 1)
On the other hand, the length of Lg is expressed by the following
Lg = 2d * tan θ ′ * sin θ (Expression 2)
Further, the distance Lp through which the light beam B passes through the
Lp = 2 (Lp / 2) = 2 (d / cos θ ′) = 2 d / cos θ ′ (Expression 3)
ここで、Ｌｐ’を、Ｌｐの光学距離とすると、Ｌｐ’は以下の式４で表される。
Ｌｐ’＝２ｎｄ／ｃｏｓθ’ ・・・（式４）
Ｌｐ’とＬｇの光路差△Ｌは、以下の式５となる。
△Ｌ＝Ｌｐ’−Ｌｇ＝２ｎｄ／ｃｏｓθ’−２ｄ＊ｔａｎθ’＊ｓｉｎθ＝２ｄ（ｎ／ｃｏｓθ’−ｓｉｎθ＊ｔａｎθ’） ・・・（式５）
△Ｌによる位相差△δは、以下の式６で表される。
△δ＝２π＊△Ｌ／λ＋π ・・・（式６）
ただし、πは反射時の位相変化のために付加されている。
ここで、光強度Ｉは、以下の式７となる。
Ｉ＝２（１＋ｃｏｓ△δ） ・・・（式７）
ここで、重要でないファクタ「２」を除くと、光強度Ｉは、「１＋ｃｏｓ△δ」と近似できる。
Here, when Lp ′ is an optical distance of Lp, Lp ′ is expressed by the following
Lp ′ = 2nd / cos θ ′ (Formula 4)
The optical path difference ΔL between Lp ′ and Lg is expressed by the following
ΔL = Lp′−Lg = 2nd / cos θ′−2d * tan θ ′ * sin θ = 2d (n / cos θ′−sin θ * tan θ ′) (Formula 5)
The phase difference Δδ due to ΔL is expressed by the following
Δδ = 2π * ΔL / λ + π (Formula 6)
However, π is added for the phase change at the time of reflection.
Here, the light intensity I is expressed by
I = 2 (1 + cosΔδ) (Expression 7)
Here, the light intensity I can be approximated to “1 + cos Δδ”, except for an unimportant factor “2”.
図３に示すオプティカルウェッジ１は、ｘ軸に沿って見ると、先端部１５が角度（ウエッジ角）αで構成されるくさび型をしており、この様子が図４に示されている。しかしながら、オプティカルウェッジ１は、先端部１５までを有している必要はなく、通常は、先細の先端部分を含まない、およそ台形の形状で構成される。また、図４に示すように、オプティカルウェッジ１の厚さｄは、ｚ軸座標における変位ｚの関数となり、以下の式８のように表される。ここで、ｚは、ｚ軸上における、先端部１５からの距離である。
ｄ＝ｚ＊ｔａｎα ・・・（式８）
When the
d = z * tan α (Expression 8)
オプティカルウェッジ１は、入射される光の波長、光が入射されるオプティカルウェッジ１の位置（図４に示すオプティカルウェッジ１の先端部１５からｚ軸方向への距離（ｚ））等により異なった干渉縞を発生させる。
The
ここで、オプティカルウェッジ１に入射される光は、外部共振器型半導体レーザからのレーザ光であり、図５に示すように、レーザパワーの変化に応じてのこぎり状の波長変化をするものとする。なお、これは、図３０に示したグラフと同様の波長変化を概略的に表したものである。すなわち、レーザパワーの増加に伴って波長が約４１０．００ｎｍから約４１０．０４ｎｍまで変化するが、レーザパワーがたとえば、２３ｍＷや３５ｍＷ付近になると、急激に波長が変化して、４１０．００ｎｍに戻り、この変化を周期的に繰り返す。また、この急激な変化が生じる際には、４１０．００ｎｍ付近の波長の光と４１０．０４ｎｍ付近の波長の光とが混在して、ホログラム記録等には適さない光（使用不可モードの光）となる。
Here, the light incident on the
図６は、波長λ１の光と波長λ２の光が入射されるオプティカルウェッジ１の位置に応じて、反射光の強度がどのように変化するかを示すグラフであり、縦軸は相対的な光強度を表し、横軸はオプティカルウェッジ１の先端部１５からの距離、すなわち、図４に示すオプティカルウェッジ１の先端部１５からｚ軸方向への距離（ｚ）を表している。
FIG. 6 is a graph showing how the intensity of the reflected light changes according to the position of the
また、この例において、オプティカルウェッジ１については、屈折率ｎ＝１．５、入射角θ＝４５度、オプティカルウェッジ１のウエッジ角α＝０．０１度、波長λ１は４１０．００ｎｍ、波長λ２は４１．０４ｎｍとする。
In this example, for the
図６は、波長λ１の光と波長λ２の光を、オプティカルウェッジ１の先端部１５から３ｍｍ程度までの間に照射した場合の、反射光の強度の変化を表している。この場合、２つの波長λ１と波長λ２が非常に近接しており、さらに、それらの光がオプティカルウェッジ１の先端部１５に近い部分に照射されているため、光路差もきわめて小さい。したがって、波長λ１の光の反射光の強度を表す曲線２１と波長λ２の光の反射光の強度を表す曲線２２は、ほぼ同一の周期的に変化する曲線となり、干渉縞は重なってはっきり見えることになる。
FIG. 6 shows a change in the intensity of reflected light when the light of wavelength λ1 and the light of wavelength λ2 are irradiated between the
図７は、図６と同様に、オプティカルウェッジ１に入射した光の反射光の強度がどのように変化するかを示すものであるが、光の入射する位置が、オプティカルウェッジ１の先端部１５から１０００ｍｍ（１ｍ）付近である場合について示したものである。オプティカルウェッジ１の先端部１５からの距離が約１ｍといっても、１ｍの長さのオプティカルウェッジが必要なわけではない。上述のように、先端部１５から１ｍ付近の部分を台形に切り出して形成されるので、オプティカルウェッジ自体の大きさは小さくすることが可能である。
FIG. 7 shows how the intensity of the reflected light of the light incident on the
この場合、オプティカルウェッジ１の先端部１５から約１ｍの位置では、オプティカルウェッジ１の厚さｄがかなり大きく、これによって、λ１とλ２の波長差０．０４ｎｍが蓄積され、曲線２１と曲線２２のわずかな位相差が生じてくる。しかしながら、位相差が小さいため、それぞれの場合に観察される縞模様はほとんど変わらない。
In this case, at a position of about 1 m from the
これは、波長λ１の光と、波長λ２の光を個別に照射して実験した結果であるが、この結果をもとに、図４に示すような、のこぎり状の波長変化を繰り返す光が、このオプティカルウェッジ１に照射されたと仮定する。ここで、上記波長変化における波長の下限はλ１であるとし、上限はλ２であるとする。そうすると、最初は、波長λ１の光の反射光による曲線２１が現れる。その後、半導体レーザのレーザパワーを増加していくと、波長はλ１からλ２に徐々に変化して曲線２２に近づく。その後、さらにレーザパワーを増加していくと、曲線２１と曲線２２の両方が存在する状態となり、その後、波長λ１の光の反射光による曲線２１のみとなる。これ以降、レーザパワーの増大に伴って、上記のような干渉縞の変化（すなわち、光の強度分布）が周期的に観察されることになる。
This is the result of experimenting by individually irradiating light of wavelength λ1 and light of wavelength λ2, and based on this result, light that repeats a sawtooth wavelength change as shown in FIG. It is assumed that the
また、図７に示す状態で、ウエッジ角αを大きくすると、曲線２１と曲線２２の周期がどちらも小さくなり、同じ距離における縞の数が、図７に示すものより多くなる。このように、光を照射するオプティカルウェッジの位置や、ウエッジ角α等を調整することによって、干渉縞の間隔（光強度分布の周期）等をコントロールすることが可能となる。
Further, when the wedge angle α is increased in the state shown in FIG. 7, both the periods of the
次に、図８を参照して、前述した外部共振器型半導体レーザからのレーザ光をオプティカルウェッジ１に照射した場合に発生する干渉縞を、２分割ディテクタ３２で受光する場合について考える。図８は、光の入射する位置が、オプティカルウェッジ１の先端部１５から３０００ｍｍ（３ｍ）付近である場合の干渉縞を表している。図８の上部は、オプティカルウェッジ１の表面と裏面で反射した光に対応する曲線３０を示すグラフである。グラフの横軸は、図３に示すｚ軸に対応し、縦軸は、干渉縞を構成する光の光量（光強度）を示す。この曲線３０は、ある波長のレーザ光を例に取ったものであるが、外部共振器型半導体レーザ内の半導体レーザに提供するレーザパワーを変化させれば波長が変化し、それに応じて、曲線３０の位相が変化する。図８の下部には、２分割ディテクタ３２内のディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂが示されており、その位置において、曲線３０で示された光の光量をそれぞれ検出する。
Next, with reference to FIG. 8, a case will be considered where interference fringes generated when the
曲線３０で示された光のうち、光量の小さい部分は、領域３１として示されており、この部分は、干渉縞（縞模様）の暗く見える部分に対応する。ここで、図８に示した曲線３０は、波長が、たとえば、４１０．０２ｎｍのレーザ光を入射した場合のものであり、ディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂは、このときに、合計で最大の光量を受光するように位置調整されている。曲線３０で示された光の位相は、上述のように、オプティカルウェッジ１に入射する光の波長が４１０．００ｎｍから４１０．０４ｎｍまで変化すると、それに伴って変化し、上述の位置に設置されたディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂの受光光量も徐々に変化する。
Of the light indicated by the
また、ここで、ディテクタ３２Ａとディテクタ３２Ｂの検出結果の差を求めることにより、プッシュプル値が求められ、これが図９に示されている。
Here, the push-pull value is obtained by obtaining the difference between the detection results of the
ただし、図９は、各波長の光が、単独でオプティカルウェッジ１の所定の位置ｚに照射された場合である。しかしながら、たとえば、図５に示すように、急激な波長の変化が生じる場合は、約４１０．００ｎｍの波長（λ１）の光と約４１０．０４ｎｍの波長（λ２）の光とが混在しており、それぞれの波長に対応する光がほぼ逆相であるような場合には、干渉縞は現れず、上記プッシュプル値は０に近い値となる。
However, FIG. 9 is a case where the light of each wavelength is irradiated to the predetermined position z of the
なお、プッシュプル値は、通常、光ディスクのトラッキング制御に用いられるものであり、このプッシュプル値を示すプッシュプル信号に基づいて、ピックアップがプッシュまたはプルされる。このレーザシステムでは、プッシュプル信号に基づいて、所定の構成要素がプッシュまたはプルされるものではないが、差信号としての共通性から、便宜的にこの用語を用いるものとする。 Note that the push-pull value is usually used for tracking control of an optical disc, and the pickup is pushed or pulled based on a push-pull signal indicating the push-pull value. In this laser system, a predetermined component is not pushed or pulled based on the push-pull signal, but this term is used for convenience because of the commonality as a difference signal.
また、こうして求められたプッシュプル値は、光量の増減によっても変化してしまうので、和信号を用いてノーマライズすることが望ましい。このようにノーマライズされたプッシュプル値と波長の関係が、図１０に表されている。 Further, since the push-pull value obtained in this way also changes depending on the increase or decrease in the amount of light, it is desirable to normalize using the sum signal. The relationship between the push-pull value thus normalized and the wavelength is shown in FIG.
このように、上述のレーザシステムにおいては、このプッシュプル値を算出することによって、それに対応する波長、すなわち、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を把握することできる。 Thus, in the above laser system, by calculating this push-pull value, it is possible to grasp the corresponding wavelength, that is, the wavelength of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser.
また、前述のように、ほぼ逆相のレーザ光が混在するような状態では、ｚ軸に対して光量の変化が小さく、干渉縞ははっきりと現れない。上述の例では、波長が４１０．０２ｎｍの場合と、波長４１０．００ｎｍと波長４１０．０４ｎｍが混在する場合には、２つのディテクタの検出結果の差がほとんど０となる。しかしながら、こうしたプッシュプル値の遷移を把握し、所定のしきいを設けて判定を行うことにより、外部共振器型半導体レーザから射出されるレーザ光の波長を検出・判定することができる。 Further, as described above, in a state where almost opposite phase laser beams are mixed, the change in the amount of light with respect to the z axis is small, and interference fringes do not appear clearly. In the above example, when the wavelength is 410.02 nm and when the wavelength 410.00 nm and the wavelength 410.04 nm are mixed, the difference between the detection results of the two detectors is almost zero. However, it is possible to detect and determine the wavelength of the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser by grasping such a transition of the push-pull value and making a determination with a predetermined threshold.
次に、このレーザシステムの構成について説明する。図１１に示したレーザシステム５１は、ビームスプリッタ５２、およびオプティカルウェッジ５３、さらに２分割ディテクタ５４、およびレーザ制御部５５を備える。レーザシステム５１のビームスプリッタ５２は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光を受光する。外部共振器型半導体レーザ５０は、たとえば、リットロー型のブルーレーザである。ビームスプリッタ５２を通過した光５６は、たとえばＨＤＳに使用される。
Next, the configuration of this laser system will be described. A
ビームスプリッタ５２で反射した光５７は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の１０％以下が望ましく、発振モードをモニタするために使用される。逆に、ビームスプリッタ５２で反射する光をＨＤＳとして用い、ビームスプリッタ５２を通過する光をモニタ用としてもよい。ただし、この場合でも、モニタ用に使用する光は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の１０％以下が望ましい。これは単に、ＨＤＳのような、レーザ光の本来の目的に、より多くのパワーを配分するためである。
The light 57 reflected by the
オプティカルウェッジ５３は、ビームスプリッタ５２で反射した光５７が約４５度の角度で入射するように配置される。オプティカルウェッジ５３の厚さｄが徐々に薄くなっていく方向は図中に示したｚ軸方向である。ｚ軸方向は、図の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。オプティカルウェッジ５３の表面と裏面で反射した光５８は、２分割ディテクタ５４によって受光される。２分割ディテクタ５４は、隣接する２つの独立したディテクタを有する。干渉縞をモニタする２分割ディテクタ５４内の２つのディテクタは、発生した干渉縞とほぼ垂直の方向に並んで配置される。干渉縞は、ｚ軸に対して垂直の方向に発生するとは限らないので、上記２つのディテクタは、ｚ軸方向に並んで配置されるとは限らない。
The
レーザ制御部５５は、２分割ディテクタ５４の出力を元に、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長を把握し、使用不可モードのレーザ光が射出されないように、外部共振器型半導体レーザ５０の半導体レーザに供給するレーザパワーを決定する。レーザ制御部５５については、後で詳細に説明する。
The
また、図１１に示す例では、外部共振器型半導体レーザ５０の外部にレーザシステム５１を配置しているが、レーザシステム５１を外部共振器型半導体レーザ５０内に組み込むこともできる。
In the example shown in FIG. 11, the
次に、図１２を参照して、ビームスプリッタ５２を通過した光５６がどのようにしてＨＤＳに利用されるかを簡単に説明する。図１２には、シングルモードのレーザ光源を用いてホログラム記録再生を行うホログラム記録再生システム６０の構成が示されている。
Next, how the light 56 that has passed through the
ホログラムの記録および再生は、シングルモード・レーザの光源を使用して、参照光と信号光をホログラム記録メディアに照射することによって行われる。 Hologram recording and reproduction are performed by irradiating the hologram recording medium with reference light and signal light using a light source of a single mode laser.
レーザ光源６１は、ここでは、図１１に示した外部共振器型半導体レーザ５０とレーザシステム５１を含むものに対応し、レーザ光源６１から射出されたレーザ光７０は、図１１に示した光５６に対応する。ホログラムの記録においては、所定の最適な時間だけ、所定のパワーのレーザ光をホログラム記録メディアに照射する必要があるが、そのような制御は、外部共振器型半導体レーザ５０内の半導体レーザに提供する電流（電圧）を制御することによって可能となる。また、レーザ光源６１の隣にシャッターを設け、そのシャッターによってレーザ光を照射するタイミングを制御するように構成してもよい。
Here, the laser light source 61 corresponds to the one including the external resonator
レーザ光源６１から射出されたレーザ光７０は、ビームエキスパンダ６２に向けて射出され、そこでビーム径の拡大されたレーザ光７１となる。レーザ光７１は次に、ビームスプリッタ６３に入射し、２つのレーザ光に分けられる。
The
直進したレーザ光７２は、ミラー６４で反射され、さらにレンズ６５で集光され、参照光としてホログラム記録メディア６９に照射される。他方のレーザ光７３は、液晶素子等で構成される空間変調器６６で変調された信号光７４となる。信号光７４は、ミラー６７で反射され、記録用レンズ６８で集光され、ホログラム記録メディア６９上に照射される。このとき、信号光７４は、参照光７２がホログラム記録メディア６９上に照射される場所と同じ場所に照射され、これにより、ホログラム記録メディア６９にホログラムパターンが記録される。
The straightly traveling
このようなホログラム記録再生システム６０では、ホログラム記録メディア６９の同一領域を用いて多重記録・再生が可能である。ホログラム記録メディア６９に対して異なる入射角度の参照光を用いてホログラムを記録すれば、それぞれのホログラムは、記録時と同じ入射角度の参照光によって再生される。空間変調器６６では、複数画素を有する液晶素子が用いられるが、それぞれの信号光７４に対して異なる透過・遮蔽パターンの画素を用意することによって、ホログラム記録メディア６９に所望のデータを多重記録することができる（角度多重）。
In such a hologram recording / reproducing system 60, multiplex recording / reproduction can be performed using the same area of the
次に、このレーザシステム５１のレーザ制御部５５の構成を、図１３を参照して説明する。レーザ制御部５５は、２分割ディテクタ５４と外部共振器型半導体レーザ５０内の半導体レーザ９４に接続される。また、レーザ制御部５５は、ＮＳ判定回路９１、レーザパワー補正回路９２、半導体レーザ駆動回路９３を含む。
Next, the configuration of the
レーザ制御部５５のＮＳ判定回路９１には、２分割ディテクタ５４のディテクタ５４Ａとディテクタ５４Ｂが入射光のレーザパワーに応じて出力するそれぞれの電流が提供される。そこで、ＮＳ判定回路９１は、ディテクタ５４Ａの出力とディテクタ５４Ｂの出力との差（差信号）、および和（和信号）を求める。次に、ノーマライズした差信号（以降、これをＮＳと呼ぶことにする）を求める。ＮＳは、以下の式９によって求めることができる。
ＮＳ＝差信号／和信号 ・・・（式９）
The NS determination circuit 91 of the
NS = difference signal / sum signal (Equation 9)
その後、ＮＳの値を、前もって設定した範囲と比較し、ＮＳの値がその範囲内の値であればディジタル値１を、ＮＳの値が範囲外となっていればディジタル値０を出力する。設定範囲は、たとえば、−０．４から０．４の間とする。前述の図１０の例では、ＮＳ（ノーマライズされたプッシュプル値）の値が、０．５に近づいた場合に、不安定な使用不可モードとなり、波長の急激な変化が生じることが認められるからである。ただし、上記のようなしきい値は、ディテクタの位置や、オプティカルウェッジからの反射光の変化特性に応じて適宜調整することができる。このようなしきい値を用いることによって、外部共振器モードホップの領域で発生する波長の光が、外部共振器型半導体レーザに含まれる半導体レーザ内のレーザーチップによるモードホップの領域で発生する波長の光に遷移する境界を判定することができ、結果的に使用不可モードのレーザ光の射出を回避することができる。
Thereafter, the NS value is compared with a preset range, and if the NS value is within the range, the
ＮＳ判定回路９１の出力が０である場合、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、半導体レーザ９４のレーザパワーを変えるよう指示する。たとえば、最初に、半導体レーザ９４のレーザパワーが３３ｍＷとなるようにし、ＮＳ判定回路９１で０が出力されるたびに、レーザパワーを３ｍＷ下げる制御とレーザパワーを３ｍＷ上げる制御とを交互に繰り返すようにする。
When the output of the NS determination circuit 91 is 0, the laser
半導体レーザ駆動回路９３は、ＡＰＣ（Auto Power Control）を行う回路として既知のものであり、ここでは、これを流用することができる。
The semiconductor
このような半導体レーザ９４に関するフィードバック制御によって、動的に使用可能モードになるよう半導体レーザ９４のレーザパワーをコントロールすることができる。このことは、たとえば、外部共振器型半導体レーザ５０や半導体レーザ９４の温度コントロールを行わない（あるいは、厳密な温度コントロールを行わない）ために、半導体レーザ９４の温度が変化して使用不能モードとなるレーザパワーに近づいた場合でも、自動的に使用可能モードへの復帰が実現される。
By such feedback control regarding the semiconductor laser 94, the laser power of the semiconductor laser 94 can be controlled so as to dynamically enter the usable mode. This is because, for example, the temperature control of the external resonator
上述の例では、レーザパワー補正回路９２は、ＮＳ判定回路９１の出力に応じて、レーザパワーを約１０％変化させるよう制御を行う（たとえば、３３ｍＷを３０ｍＷに、または、３０ｍＷを３３ｍＷに変更する）が、この程度のレーザパワーの変化は、ＨＤＳの用途については問題とならない。ＨＤＳでは、ホログラム記録メディアへの照射パワーではなく、照射エネルギー（レーザパワー×記録時間）が問題となるので、レーザパワーが１０％減少した場合は、記録時間を約１１％（１／０．９＝１．１１１）増加させればよいことになる。また、レーザパワー補正回路９２の仕様を変更して、変化幅をより小さくしてもよい。
In the above example, the laser
また、レーザパワーを徐々に増加させてホログラム記録を行うような場合は、ＮＳ判定回路９１の出力が０となった場合、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、通常の規則的なレーザパワー増加ルーチンとは別に、半導体レーザ９４のレーザパワーを数ｍＷ（たとえば、１ないし３ｍＷ程度）上げるよう指示し、波長が不安定となる使用不可モードをスキップするように制御することができる。
Further, in the case where hologram recording is performed by gradually increasing the laser power, when the output of the NS determination circuit 91 becomes 0, the laser
たとえば、外部共振器型半導体レーザからのレーザ光が、レーザパワーの増加によって図５のような変化をすると仮定すると（この時、半導体レーザの温度変化による波長の変化はないものとする）、最初に約１８ｍＷのレーザパワーを提供することによって４１０．０２ｎｍのレーザ光が射出され、それがレーザパワーの増加とともに、大きな波長となり、４１０．０４ｎｍに接近する。そうすると、２つのディテクタの検出結果から計算されたＮＳが−０．４以下となって、波長の不安定となる領域が近づいているという判断がされ、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、半導体レーザ９４のレーザパワーを数ｍＷ一気に上げるよう指示する。その結果、２４ｍＷ付近の領域はスキップされ、レーザ光は、安定した、４１０．００ｎｍを少し越えた波長となる。
For example, assuming that the laser light from an external cavity semiconductor laser changes as shown in FIG. 5 due to an increase in laser power (assuming that there is no change in wavelength due to temperature change of the semiconductor laser). By providing a laser power of about 18 mW, a 410.02 nm laser beam is emitted, which increases with increasing laser power and approaches 400.04 nm. Then, it is determined that NS calculated from the detection results of the two detectors is −0.4 or less and the region where the wavelength becomes unstable is approaching, and the laser
その後、レーザパワーが徐々に増加して３５ｍＷに近づくと、再び、２つのディテクタの検出結果から計算されたＮＳが−０．４以下となって、波長の不安定となる領域が近づいているという判断がされ、レーザパワー補正回路９２は、半導体レーザ駆動回路９３に、半導体レーザ９４のレーザパワーを一気に数ｍＷ上げるよう指示する。その結果、３５ｍＷ付近の領域はスキップされ、レーザ光は、安定した、４１０．００ｎｍを少し越えた波長となり、以降、同様の制御が繰り返される。
After that, when the laser power gradually increases and approaches 35 mW, the NS calculated from the detection results of the two detectors becomes −0.4 or less, and the region where the wavelength becomes unstable is approaching. The laser
上述したレーザ制御部５５内の各回路は、ＣＰＵおよびメモリを含むマイコンによる制御によって実現することもできる。この場合、各回路の動作は、メモリにロードされたプログラムによってコントロールされる。そのプログラムは必要に応じて変更することが可能であり、ＣＤ−ＲＯＭのような可搬型記録媒体やネットワークを経由して、マイコン内の記録装置やメモリに記録させることができる。
Each circuit in the
次に、上記レーザシステム５１の変形例について説明する。図１４に示したレーザシステム１０１は、ビームスプリッタ１０２、オプティカルウェッジ１０３、２分割ディテクタ１０４、レーザ制御部１０５、およびディテクタ１０６を備える。
Next, a modified example of the
レーザシステム５１と比べると、ディテクタ１０６が追加になっている。オプティカルウェッジ１０３の厚さｄが小さくなる方向は、レーザシステム５１と同様である。この例では、オプティカルウェッジ１０３を透過した光１１０を、総光量の代わりに用いることができる。たとえば、ディテクタ１０６で検出された結果を、上述した式９の分母である和信号として用いたり、半導体レーザ駆動回路９３でＡＰＣを行う際の信号として用いることができる。
Compared to the
また、レーザシステム５１やレーザシステム１０１のレーザ制御部５５、レーザ制御部１０５は、単にプッシュプル値から出力レーザ光の波長を求めて、モニタするように構成することもできる。
Further, the
［２．波長モニタを行うための第２のレーザシステムの構成］
次に、２組の２分割ディテクタを用いて、広範な波長の判定を行うレーザシステムについて説明する。
[2. Configuration of second laser system for wavelength monitoring]
Next, a laser system that performs a wide range of wavelength determination using two sets of two-divided detectors will be described.
最初に、オプティカルウェッジのさらに具体的な構成について、図１５を参照して説明する。図９および図１０に示すようなプッシュプル値は、図１５に示すオプティカルウェッジ１２０が用いられている場合のものである。このとき、２つのディテクタの幅はそれぞれ０．２ｍｍである。ここで、図１５に示す、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向は、たとえば、図１１に示すｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に対応する。オプティカルウェッジ１２０のウエッジ角αは０．０１度であり、ｚ軸方向の長さは１０．０ｍｍである。オプティカルウェッジ１２０のｙ軸方向の長さ（厚さ）は、一方の端部から他方に向かって（ｚ軸方向に沿って）徐々に小さくなり、最も小さい端部におけるｙ軸方向の長さ（板厚）は、０．５ｍｍである。ウエッジ角αは、オプティカルウェッジ１２０の２つの反射面１２１、１２２をそれぞれ延長した平面のなす角である。
First, a more specific configuration of the optical wedge will be described with reference to FIG. The push-pull values as shown in FIGS. 9 and 10 are for the case where the
上述した、図１１に示す外部共振器型半導体レーザ５０の波長変動幅は、図５に示すように０．０４ｎｍ（４１０．００ｎｍから４１０．０４ｎｍ）であったが、仮に、波長変動が０．１２ｎｍであるとすると、４１０．００ｎｍにおけるプッシュプル値（差信号）は、４１０．１２ｎｍにおけるプッシュプル値と同じになり、両者を区別することができない。これは、干渉縞に周期性があるためである。しかしながら、このような場合でも、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚を変更することにより、４１０．００ｎｍから４１０．１２ｎｍの範囲において、それぞれ異なるプッシュプル値をとるように調整することができる。
The wavelength variation range of the external
ところで、通常、ＨＤＳでは、単一の波長を用いるが、複数の波長を用いて波長多重を行う方法がある（一方、前述の多重方法は角度多重である）。たとえば、ホログラム材料のある１カ所に、４１０．００ｎｍの波長で記録し、次に４１０．１０ｎｍで記録し、というぐあいに、０．１０ｎｍごとに４１４．００ｎｍまで多重記録する。この場合、ホログラム材料の同一場所に４１回の波長多重記録が可能となる。しかしながら、この方法は、未だに実用化されていない。 By the way, normally, HDS uses a single wavelength, but there is a method of performing wavelength multiplexing using a plurality of wavelengths (in contrast, the aforementioned multiplexing method is angle multiplexing). For example, recording is performed at a certain location of the hologram material at a wavelength of 410.00 nm, then at 410.10 nm, and in other words, multiplex recording is performed every 0.10 nm up to 414.00 nm. In this case, 41 times of wavelength multiplex recording is possible at the same location of the hologram material. However, this method has not been put into practical use yet.
この方法が実用化されていない主要な理由のひとつは、波長を容易に変えられる半導体レーザがないことであったが、波長変更が可能な半導体レーザ（チューナブル・レーザ）も開発が進んでおり、上述のような波長多重が実現される日も近い。 One of the main reasons why this method has not been put to practical use is that there is no semiconductor laser that can easily change the wavelength, but development of a semiconductor laser that can change the wavelength (tunable laser) is also progressing. The day when the wavelength multiplexing as described above is realized is also near.
なお、このように波長変更が可能な半導体レーザにおける波長変更の方法は、外部共振器型半導体レーザの構成部品であるグレーティングの角度を変えることによって行われる。この態様について、図１６を参照して説明する。 The wavelength changing method in the semiconductor laser capable of changing the wavelength in this way is performed by changing the angle of the grating, which is a component of the external resonator type semiconductor laser. This aspect will be described with reference to FIG.
図１６は、外部共振器型半導体レーザの構成部品であるグレーティング１３０、レンズ１３１、および半導体レーザ１３２を示している。グレーティング１３０は、半導体レーザ１３２からレーザ光１３３を受光すると、様々な波長の１次光１３４（１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ等）を射出し、ちょうど半導体レーザ１３２に戻る１次光の波長でシングルモードとなり、０次光１３５がグレーティング１３０から外部に射出される。
FIG. 16 shows a grating 130, a
ここで、たとえば、グレーティング１３０を回転軸１３６を中心に矢印方向に（動的に）回転させることによって、グレーティング１３０が半導体レーザ１３２からのレーザ光を受光する角度を変えると、半導体レーザ１３２に入射する１次光１３４の波長が変化し、グレーティング１３０から外部に射出されるレーザ光１３５の発振波長を変えることができる。また、このような波長変更がされた後も、図５に示したような微細な波長変動は生じる。たとえば、グレーティング１３０を回転軸１３６を中心に回転させることによって、４１１．００ｎｍのレーザ光が射出されるように調整されている場合に、レーザパワーを変えると、その波長を含む０．０４ｎｍの波長幅の中で、レーザ光の波長が変動する。
Here, for example, when the angle at which the
したがって、このような、グレーティングの回転によって動的な波長変更が可能な外部共振器型半導体レーザを有するレーザシステムでは、たとえば、４ｎｍといった、比較的大きい変動幅でレーザ光の波長を変動させることができる。この場合においても、前述したレーザシステムについて、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚を変更することにより、これらの波長幅にわたって波長を検出するように構成することができる。しかしながら、このような構成のレーザシステムでは、波長検出の精度が粗すぎて、射出されるレーザ光が使用可能モードであるか、使用不可モードであるかの判別をするような用途には適さない。 Therefore, in such a laser system having an external resonator type semiconductor laser capable of dynamically changing the wavelength by rotating the grating, the wavelength of the laser beam can be varied with a relatively large variation width, for example, 4 nm. it can. Even in this case, the laser system described above can be configured to detect wavelengths over these wavelength widths by changing the wedge angle α and the plate thickness of the optical wedge. However, the laser system having such a configuration is not suitable for an application in which the wavelength detection accuracy is too coarse and it is determined whether the emitted laser light is in the usable mode or the unusable mode. .
そこで、ここで説明する構成では、光検出器を２つ備えて２段構成とし、一方がｎｍオーダーで波長検出を行い、他方が０．０１ｎｍオーダーで波長検出を行うようにする。すなわち、２つの光検出器が、それぞれ異なる感度で光強度を検出することによって、広い波長範囲にわたって、精度の高い波長検出を行おうとするものである。図１７には、そのような波長検出を行うレーザシステムの構成が示されている。 Therefore, in the configuration described here, two photodetectors are provided to form a two-stage configuration, one of which performs wavelength detection on the order of nm and the other performs wavelength detection on the order of 0.01 nm. In other words, the two photodetectors detect the light intensity with different sensitivities, thereby performing highly accurate wavelength detection over a wide wavelength range. FIG. 17 shows the configuration of a laser system that performs such wavelength detection.
図１７に示すレーザシステム２００は、図１１に示したものと同様の外部共振器型半導体レーザ５０、および波長判定装置２０１からなる。波長判定装置２０１は、第１検出器２０２と第２検出器２０３とを有し、第１検出器２０２は、オプティカルウェッジ２０４と２分割ディテクタ２０６を備える。第２検出器２０３も第１検出器２０２と同様の構成であり、オプティカルウェッジ２０５と２分割ディテクタ２０７を備える。波長判定装置２０１はさらに、レーザ制御部２０８を備え、第１検出器２０２の出力と第２検出器２０３の出力を受信する。また、ここで、ｚ軸方向は、図１７の記載面または表示面の手前から裏側に向かう方向である。また、ｘ軸方向は、それぞれのオプティカルウェッジの反射面に平行でかつｙ軸と垂直な方向であり、ｙ軸方向は、ｘ軸とｚ軸に直行する方向である（ｙ軸に沿ったオプティカルウェッジの厚さが板厚である）。
A
第１検出器２０２は、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長をｎｍのオーダーで測定できるが、精度よく（たとえば、０．０１ｎｍのオーダーで）検出するのは難しく、０．０１ｎｍのオーダーで変化する使用可能モードと使用不可モードの判定を行うことはできない。一方、第２検出器２０３は、０．０１ｎｍのオーダーで外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長を測定できるが、前述のように、波長が０．１２ｎｍ異なるレーザ光を区別することができない。
The
第２検出器２０３では、図１５で示した構造と同様のオプティカルウェッジ２０５を用い、２分割ディテクタ２０７も、図１１で示した２分割ディテクタ５４と同様のものを使用する。ここで、それぞれのディテクタの幅は、たとえば０．２ｍｍである。このような構成を採用することにより、前述のように、０．０１ｎｍのオーダーで波長検出ができる。
In the
一方、第１検出器２０２では、外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長が、４ｎｍ変化した場合の縞模様の変化を、第２検出器２０３において外部共振器型半導体レーザ５０からのレーザ光の波長が０．０４ｎｍ変化した場合と同じになるように、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αや板厚等を調整する。
On the other hand, in the
具体的には、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αを、図１５のオプティカルウェッジ１２０と同じく０．０１度とする。また、入射光の波長が４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量が、第２検出器２０３のオプティカルウェッジ２０５で０．０４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量とほぼ同じになるように、オプティカルウェッジ２０４の板厚を、オプティカルウェッジ２０５の板厚の１／１００としている。これは、０．０４ｎｍ／４ｎｍ＝１／１００の比による。
Specifically, the wedge angle α of the
なお、この例では、オプティカルウェッジ２０４で、４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量は、オプティカルウェッジ２０５で０．０４ｎｍ変化したときの干渉縞の移動量とほぼ同じになるように調整されているが、これは、各オプティカルウェッジで反射した光の光強度分布の周期がほぼ同じであることを示している。しかしながら、この移動量（すなわち、光強度分布の周期）が厳密に同じである必要はない。対応する２分割ディテクタによって、プッシュプル値を適切に検出できる限り、これらを、異なる周期となるように調整してもよい。したがって、２つのオプティカルウェッジの反射光の周期については、一定の範囲の差が許容される。また、この例では、２つのオプティカルウェッジで、１００倍の違いがある波長範囲（４ｎｍと０．０４ｎｍ）について、同様の干渉縞の移動態様となるように調整しているが、使用するレーザ光の波長範囲や検出の必要性に鑑み、どのような差の波長範囲についても、同様の干渉縞を生成するように、２つのオプティカルウェッジ等を調整可能である。たとえば、数倍から１０倍、数十倍といった差を有する波長範囲を対象とすることもできる。
In this example, the movement amount of the interference fringe when the
オプティカルウェッジ２０４の板厚（厚さが小さい方の板厚）は、前述の１／１００の比より、０．５ｍｍ／１００＝５μｍとなる。このことは、図６ないし図８から分かるように、オプティカルウェッジの板厚が小さい部分にレーザ光が入射されると、板厚の大きな場合に比べて、そのレーザ光の波長の変化に対する縞模様の変位の度合いが小さいという現象を利用するものである。また、ここで、板厚の調整は、実際には、オプティカルウェッジのウエッジ角αの先端部分からどれくらい離れた位置にレーザ光を受光するかを調整することに他ならない。先端部分は、オプティカルウェッジの２つの反射面を延長した平面が（仮想的に）交差する部分である。 The thickness of the optical wedge 204 (thickness of the smaller thickness) is 0.5 mm / 100 = 5 μm from the ratio of 1/100 described above. As can be seen from FIGS. 6 to 8, when a laser beam is incident on a portion where the optical wedge has a small plate thickness, a stripe pattern corresponding to a change in the wavelength of the laser beam compared to a case where the plate thickness is large. This utilizes the phenomenon that the degree of displacement is small. In this case, the adjustment of the plate thickness is actually an adjustment of how far the laser light is received from the tip portion of the wedge angle α of the optical wedge. The tip portion is a portion where a plane obtained by extending the two reflecting surfaces of the optical wedge intersects (virtually).
ただし、オプティカルウェッジ２０４を、このような薄い構造とすると、耐久性が低下する危険性がある。そこで、ここでは、図１８に示すようなオプティカルウェッジ２０４を用いる。ここでは、図１８のような構造の反射手段についても、便宜上、オプティカルウェッジと呼ぶことにする。
However, if the
図１８のオプティカルウェッジ２０４は、２枚のガラス２２０を０．０１度傾けて併置し、ガラスの内側２２２の間隔が、最も狭いところで７．５μｍとなるようにしたものである。このガラスの内側２２２が、オプティカルウェッジの２つの反射面に相当する。２枚のガラス２２０の間には、空隙部２２３が形成される。２枚のガラス２２０の間隔は、前述の板厚の５μｍに相当するが、この例で７．５μｍとしているのは、図１５のようなオプティカルウェッジ１２０では、空隙部２２３がガラスで構成され、その屈折率が１．５であるのに対し、図１８のオプティカルウェッジ２０４の空隙部２２３は、空気であるため、その点を考慮して板厚が少し厚めに調整されている。２枚のガラス２２０の外面２２１には無反射コーティングがされ、そこでは無用な反射が起きないようにしてある。
The
このようなオプティカルウェッジ２０４の構成により、２枚のガラスの一方の内側２２２で反射する光と、他方の内側２２２で反射する光との間に位相差が生じ、干渉縞が発生する。
With such a configuration of the
こうして、図１８のオプティカルウェッジ２０４は、比較的厚いガラスによって構成されるため、一定の耐久性を確保することができ、使用に際してのリスクを減らすことができる。また、２枚のガラス２２０の間（たとえば、間隔の最も狭い部分（７．５μｍ間隔の部分）と間隔の最も広い部分の２カ所）には、適宜スペーサとして任意の材料からなる物体（不図示）を挿入して固定し、ガラス２２０の間隔を一定に保持するようにすることができる。
In this way, since the
図１８のオプティカルウェッジ２０４によって、波長、約４１０ｎｍのレーザ光を受光した場合に、上述した第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６では、図１９のような光強度分布の光（縞模様）が観察される。ここで、２分割ディテクタ２０６のそれぞれのディテクタの幅は０．２ｍｍであり、２分割ディテクタ２０６は、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αの先端部分からの距離が３２ｍｍ程度の位置に配置される。ただし、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αの先端部分は、前述したように、仮想的な先端である。
When the
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して４０９ｎｍとなった場合に、２分割ディテクタ２０６は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は０となる。このように、２分割ディテクタ２０６を、オプティカルウェッジ２０４のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、２分割ディテクタ２０６によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値０．５８が波長４０７ｎｍに対応し、プッシュプル値０が波長４０９ｎｍに対応し、プッシュプル値−０．５８が波長４１１ｎｍに対応する。
For example, when the wavelength of the laser beam from the tunable laser is changed to 409 nm, the two-divided
次に、別のオプティカルウェッジ２０４’によって、波長、約４１０ｎｍのレーザ光を受光した場合の例について説明する。この場合は、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６では、図２０のような縞模様が観察される。ここで、オプティカルウェッジ２０４’のウエッジ角αは０．０２度、ガラスの内側２２２の間隔は、図１８に示すように、最も狭いところで７．５μｍとなるようにする。また、２分割ディテクタ２０６のそれぞれのディテクタの幅は０．２ｍｍであり、２分割ディテクタ２０６は、オプティカルウェッジ２０４’のウエッジ角αの先端からの距離が１６ｍｍ程度の位置に配置される。ウエッジ角αが大きくなったことにより、縞の間隔は、ウエッジ角αが０．０１度のときより狭くなる（すなわち、周期が短くなる）が、依然として、０．２ｍｍ幅のディテクタによって光の波長を区別することが可能である。
Next, an example in which a laser beam having a wavelength of about 410 nm is received by another optical wedge 204 'will be described. In this case, the two-divided
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して４０９ｎｍとなった場合に、２分割ディテクタ２０６は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は０となる。このように、２分割ディテクタ２０６を、オプティカルウェッジ２０４’のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、２分割ディテクタ２０６によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値０．５８が波長４０７ｎｍに対応し、プッシュプル値０が波長４０９ｎｍに対応し、プッシュプル値−０．５８が波長４１１ｎｍに対応する。
For example, when the wavelength of the laser beam from the tunable laser is changed to 409 nm, the two-divided
今度は、さらに別のオプティカルウェッジ２０４’’によって、波長、約４１０ｎｍのレーザ光を受光した場合の例について説明する。この場合は、第１検出器２０２の２分割ディテクタでは、図２１のような縞模様が観察される。ここで、オプティカルウェッジ２０４’’のウエッジ角αは０．０３度、ガラスの内側２２２の間隔は、最も狭いところで１２．０μｍとなるようにする。２分割ディテクタのそれぞれのディテクタの幅は０．１ｍｍであり（以降、２分割ディテクタ２０６’と称する）、２分割ディテクタ２０６’は、オプティカルウェッジ２０４’’のウエッジ角αの先端からの距離が１６ｍｍ程度の位置に配置される。ウエッジ角αが大きくなったことにより、縞の間隔はさらに狭くなり、０．２ｍｍ幅のディテクタでは、隣の干渉縞の影響を受けて波長を検出できない。そこで、２分割ディテクタ２０６’を、０．１ｍｍ幅のディテクタを備えるように構成すると、適切な波長検出が可能となる。
Next, an example in which a laser beam having a wavelength of about 410 nm is received by another
たとえば、チューナブルレーザからのレーザ光の波長が遷移して４０９ｎｍとなった場合に、２分割ディテクタ２０６’は、それぞれのディテクタで検出される光量が等しい位置に配置され、その場合、前述のプッシュプル値は０となる。このように、２分割ディテクタ２０６’を、オプティカルウェッジ２０４’’のウエッジ角αの先端から比較的近い位置に配置することによって、２分割ディテクタ２０６’によるプッシュプル値の変化を、大きな波長の変化に対応付けることができる。たとえば、プッシュプル値０．７２が波長４０７ｎｍに対応し、プッシュプル値０が波長４０９ｎｍに対応し、プッシュプル値−０．７２が波長４１１ｎｍに対応する。
For example, when the wavelength of the laser beam from the tunable laser is changed to 409 nm, the two-divided
次に、図１７に示したレーザ制御部２０８の詳細について、図２２を参照して説明する。レーザ制御部２０８は、２つの２分割ディテクタ２０６、２０７と外部共振器型半導体レーザ５０内の半導体レーザ２１４に接続される。また、レーザ制御部２０８は、ＮＳ判定回路２１０、レーザパワー補正回路２１１、および半導体レーザ駆動回路２１２を含む。
Next, details of the
ＮＳ判定回路２１０は、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６内の２つのディテクタから、それぞれ光量の検出結果を取得し、その差信号と和信号からＮＳを求める。ＮＳを求める方法は、前述した方法と同様である。第１検出器２０２では、前述のとおり、たとえば、波長４１０ｎｍのレーザ光から波長４１４ｎｍのレーザ光を受けた場合に、縞模様の位置が変位し、２つのディテクタによって得られる光量が変化する。したがって、原則的には、これらのディテクタから求められたＮＳの値によって、上記波長の１の位を求めることができる。また、入射波長が、たとえば、４１８ｎｍから４２２ｎｍまで変化する場合は、波長の１の位と１０の位が求められる。
The
また、ＮＳ判定回路２１０は、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７内の２つのディテクタから、それぞれ光量の検出結果を取得し、その差信号と和信号からＮＳを求める。その後、ＮＳの値を、前もって設定した範囲と比較し、ＮＳの値がその範囲内の値であればディジタル値１を、ＮＳの値が範囲外となっていればディジタル値０を出力する。設定範囲は、たとえば、−０．４から０．４の間であり、これらの処理は、図１３に示すＮＳ判定回路９１の処理と同じである。
In addition, the
さらに、ＮＳ判定回路２１０は、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７内の２つのディテクタから求められたＮＳから、入射されたレーザ光の波長の小数点以下第１位の数と、小数点以下第２位の数を求める。この例では、前述したように、波長の１の位や１０の位の数は、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６の検出結果から求め、小数点以下の位の数は、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７内の検出結果から求められるが、このように、桁ごとに求める処理は必須ではない。
Further, the
第１検出器２０２の検出結果により、波長の概略的な値（範囲）を求め、その後、第２検出器２０３の検出結果により、当該概略的な値をさらに詳細に特定するようにしてもよい。たとえば、入射されうるレーザ光の波長を０．０４ｎｍ刻みに複数グループに分け、第１検出器２０２の２分割ディテクタ２０６の検出結果から、その複数のグループのうち、どのグループに属するかを決定し、その後、第２検出器２０３の２分割ディテクタ２０７の検出結果から、その決定されたグループ（０．０４ｎｍの幅のグループ）の中のどの波長に相当するかを、０．０１ｎｍのオーダーで決定するような手順をとることもできる。
The approximate value (range) of the wavelength may be obtained based on the detection result of the
レーザパワー補正回路２１１は、ＮＳ判定回路２１０から、波長を表す数字の各桁に関する情報を取得し、その情報からレーザ光の波長を特定する。次に、レーザパワー補正回路２１１は、特定された波長の情報をもとに、半導体レーザ駆動回路２１２に所定の制御を行うよう指示し、半導体レーザ駆動回路２１２は、その指示に基づいて、半導体レーザ２１４のレーザパワーを変える等の制御を実行する。
The laser
また、レーザパワー補正回路２１１は、ＮＳ判定回路２１０からディジタル値０を受信した場合、半導体レーザ駆動回路２１２に、半導体レーザ２１４のレーザパワーを変えるよう指示する。たとえば、最初に、半導体レーザ２１４のレーザパワーが３３ｍＷとなるようにし、ＮＳ判定回路２１０で０が出力されるたびに、レーザパワーを３ｍＷ下げる制御とレーザパワーを３ｍＷ上げる制御とを交互に繰り返すようにする。これらの処理は、図１３に関連して説明した処理と同様である。
Further, when the
また、半導体レーザ駆動回路２１２は、ＡＰＣ（Auto Power Control）を行う回路として既知のものであり、ここでは、これを流用することができる。上述したレーザ制御部２０８内の各回路は、ＣＰＵおよびメモリを含むマイコンによる制御によって実現することもできる。この場合、各回路の動作は、メモリにロードされたプログラムによってコントロールされる。そのプログラムは必要に応じて変更することが可能であり、ＣＤ−ＲＯＭのような可搬型記録媒体やネットワークを経由して、マイコン内の記録装置やメモリに記録させることができる。
The semiconductor
また、レーザシステム２００のレーザ制御部２０８は、単にプッシュプル値から出力レーザ光の波長を求めて、モニタするように構成することもできる。
Further, the
このレーザシステムに関しては、半導体レーザとしてブルーレーザを例に説明してきたが、オプティカルウェッジのウエッジ角αや板厚をさらに変更することによって、これ以外のレーザにも適用することが可能である。また、上述の例では、２枚のガラスを組み合わせてオプティカルウェッジ２０４を構成したが、このような構造を必須のものとするわけではない。強度が実用的であれば、通常の構成のオプティカルウェッジを用いてもよいし、他の様々な方法によって入射光から所定の縞模様を発生させるようにしてもよい。
Although this laser system has been described by taking a blue laser as an example of a semiconductor laser, it can be applied to other lasers by further changing the wedge angle α and the plate thickness of the optical wedge. In the above example, the
ここで用いるオプティカルウェッジのウエッジ角αはたとえば、０．０１度で、２分割ディテクタ内のそれぞれのディテクタは０．２ｍｍ幅であるが、そのような条件に限定される必要はない。この他にも、様々なバリエーションを考えることができる。また、ウエッジ角αは、２つのオプティカルウェッジ２０４、２０５で、異なるように設定してもよい。また、この例では、第１検出器２０２がレーザ光を受光した後に、第２検出器２０３がそのレーザ光を受光するような２段構成になっているが、第１検出器２０２と第２検出器２０３の順序を入れ替えることもできるし、第１検出器２０２と第２検出器２０３が、個別にレーザ光を受光するように構成することもできる。
The wedge angle α of the optical wedge used here is, for example, 0.01 degrees, and each detector in the two-divided detector is 0.2 mm wide, but it is not necessary to be limited to such conditions. In addition, various variations can be considered. Further, the wedge angle α may be set to be different between the two
これまで説明してきたレーザシステム５１、レーザシステム１０１、およびレーザシステム２００では、オプティカルウェッジで反射したレーザ光を２分割ディテクタで受光し、それぞれ光量を検出していたが、２分割ディテクタ以外のディテクタを用いて光量の検出を行うことができる。たとえば、２つの独立したディテクタによって、２箇所の光量を検出することができる。また、オプティカルウェッジで反射したレーザ光について、３カ所以上の光量を検知して、波長を判断することができる。
In the
また、レーザシステム５１、レーザシステム１０１、およびレーザシステム２００では、プッシュプル値を用いて波長の判断を行っているが、これは光ディスクのトラッキングを制御するためのプッシュプル回路を応用したものである。したがって、３スポットトラッキング方法やその他のトラッキング方法を実現する、他の光ディスクのトラッキング回路も流用することが可能である。
In the
レーザシステム５１、レーザシステム１０１、およびレーザシステム２００で使用するディテクタは、たとえばフォトダイオードのような光検出器である。しかしながら、干渉縞をＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような１次元または２次元のディテクタアレイで受光してもよい。干渉縞は、ｚ軸方向に発生するので、１次元ディテクタを用いる場合は、ｚ軸方向にディテクタを配置する。たとえば、１次元ＣＣＤアレイを用いて複数箇所における光量の検出を行うことができる。
The detector used in the
さらに、レーザシステム５１、レーザシステム１０１、およびレーザシステム２００の説明に関しては、外部共振器型半導体レーザにＬｉｔｔｒｏｗ（リットロー）型を用いるものとして説明してきたが、たとえば、Ｌｉｔｔｍａｎ（リットマン）型のような、他の外部共振器型半導体レーザを用いることもできる。
Further, the description of the
また、レーザシステム５１、レーザシステム１０１、およびレーザシステム２００では、一部オプティカルウェッジの使用を前提として実施例を説明しているが、オプティカルウェッジと同等の効果が得られる他の光学部品を用いることもできる。
Further, in the
たとえば、オプティカルウェッジの代わりに、両面がフラットなガラスを用いた場合、レーザ光がわずかでも拡散光あるいは収束光であれば、オプティカルウェッジと同様に、波長の変化に伴って縞模様が変化する。入射レーザ光と両面がフラットなガラスの角度によって、縞模様の各縞は、ほぼ直線の形状となったり、湾曲した形状となったりする。 For example, when glass with flat surfaces is used instead of the optical wedge, the striped pattern changes with the change of the wavelength, as with the optical wedge, even if the laser light is slightly diffused light or convergent light. Depending on the angle of the incident laser beam and the glass whose both surfaces are flat, each striped stripe has a substantially linear shape or a curved shape.
拡散光あるいは収束光のレーザ光が入射された場合、波面が平面でないため、両面がフラットなガラスが所定の角度で入射光を受光すると、（たとえば、反射光を受光する曇りガラスには）同心円の縞模様が現れる。このときに、波長が変化すると同心円の縞模様は外に広がったり、内側に集まったりする。そこで、フラットなガラスの角度を変えると、（たとえば、同じ位置にある曇りガラスには）同心円の中心から離れた縞模様が現れ、この場合に、各縞が湾曲した縞模様となる。一方、フラットなガラスの角度をさらに調整すると、同心円の中心からさらに離れた縞模様が現れ、この場合に、各縞がほぼ直線の縞模様となる。 When diffused or convergent laser light is incident, the wavefront is not flat, so if glass with flat surfaces receives incident light at a predetermined angle (for example, for frosted glass that receives reflected light), it is concentric. The striped pattern appears. At this time, when the wavelength changes, concentric stripes spread outward or gather inside. Therefore, when the angle of the flat glass is changed, a striped pattern away from the center of the concentric circle appears (for example, in the frosted glass at the same position), and in this case, the striped pattern becomes a curved striped pattern. On the other hand, when the angle of the flat glass is further adjusted, a striped pattern further away from the center of the concentric circle appears, and in this case, each strip becomes a substantially straight striped pattern.
［３．アイソレータの構成］
この発明においては、外部共振器型半導体レーザに戻り光が入射されないように、出力レーザ光の光路上にアイソレータが配置される。アイソレータは、主として、２つの偏光ビームスプリッタ（PBS : Polarized Beam Splitter)、ファラデー結晶、および永久磁石からなる。ここで、図２３を参照して、アイソレータによって、戻り光が遮断される原理を説明する。
[3. Isolator configuration]
In the present invention, the isolator is disposed on the optical path of the output laser beam so that the return light is not incident on the external cavity semiconductor laser. The isolator is mainly composed of two polarized beam splitters (PBS), a Faraday crystal, and a permanent magnet. Here, with reference to FIG. 23, the principle that the return light is blocked by the isolator will be described.
図２３Ａは、光を通過させる場合を示したものである。光の入射する側から、偏光ビームスプリッタ２３０、ファラデー結晶２３１、偏光ビームスプリッタ２３２の順で配置される。ファラデー結晶２３１は一様な磁界（図中、矢印参照）の中に置かれ、その磁界は、たとえば、ファラデー結晶２３１のまわりに配置された永久磁石（不図示）によって提供される。入射光２３３は、どのような偏光光線であっても、偏光ビームスプリッタ２３０通過後は、直線偏光として出力される。図では、垂直方向の直線偏光となっている。この光が、次に、一様な磁界に置かれたファラデー結晶２３１に入射され、ファラデー効果によって光の入射方向から見て時計回りに４５°傾いて出力される。ファラデー結晶２３１と磁界は、４５°の傾きで光が出力されるように調整される。偏光ビームスプリッタ２３２は、光の入射方向から見て時計回りに４５°、すなわち、ファラデー結晶２３１によって傾けられたのと同じ方向に設定されているので、ファラデー結晶２３１からの出力を最大強度で透過させる。
FIG. 23A shows a case where light is allowed to pass. The
一方、図２３Ｂは、戻り光を遮断する場合を示したものである。偏光ビームスプリッタ２３２に反射光２３５が入射すると、４５°の成分が、偏光ビームスプリッタ２３２を通過してファラデー結晶２３１に入射される。そこで、ファラデー結晶２３１は、入射光を、光の入射方向から見て反時計回りに４５°回転させる。この回転によって、光は、水平方向とになり、偏光ビームスプリッタ２３０でブロックされ、その先には光りが進まない。
On the other hand, FIG. 23B shows a case where the return light is blocked. When the reflected
一般的なアイソレータには、有効径（レーザ光が通る径）が５ｍｍ程度のものがあるが、このようなタイプでは、アイソレータのサイズが、４４．５ｍｍ×７７．０ｍｍ×６３．５ｍｍと大きい。これは、そのような有効径に対応するファラデー結晶の周りに一様な磁界を作るために、ファラデー結晶のまわりに永久磁石を配置する必要があるからである。したがって、マルチモードのレーザ光の発生を回避するためとはいえ、このようなサイズのアイソレータを用いると、レーザシステム全体のサイズが大きくなってしまい、小型のレーザシステムを構成できず、当該システムを組み込むことができないか、または、組み込み対象が非常に限られることになる。 Some common isolators have an effective diameter (diameter through which laser light passes) of about 5 mm. In such a type, the size of the isolator is as large as 44.5 mm × 77.0 mm × 63.5 mm. This is because it is necessary to place a permanent magnet around the Faraday crystal in order to create a uniform magnetic field around the Faraday crystal corresponding to such an effective diameter. Therefore, even if the generation of multimode laser light is avoided, the use of an isolator of such a size increases the overall size of the laser system, making it impossible to construct a small laser system. It cannot be incorporated, or the object to be incorporated is very limited.
ただし、近年では、小型のアイソレータも発表されている。このような小型のアイソレータは、たとえば、ファラデー結晶の材料としてＴｂ3Ａｌ5Ｏ12（ＴＡＧ）を用い、波長４１０ｎｍ付近で従来材料の１．５倍のベルデ定数を持つ。このファラデー結晶の周囲に磁石を配置して、４５°ファラデー回転を起こせばローテータとなり、さらに、ローテータの前後（光路上の前後）に、図２３に示したような偏光ビームスプリッタを配置すればアイソレータとなる。この場合、偏光ビームスプリッタを含めたアイソレータの全長は２０ｍｍ以下とすることができる。しかしながら、このような小型のアイソレータを実現するには、ファラデー結晶の有効径（ファラデー結晶の直径）が一定の長さ以下に制限される。有効径は、当初は、直径１．３ｍｍ程度であったが、上述した小型のサイズを維持しながら、次第に大きな直径に対応できるアイソレータも開発されつつある。 In recent years, however, small isolators have also been announced. Such a small isolator uses, for example, Tb 3 Al 5 O 12 (TAG) as the material of the Faraday crystal and has a Verde constant that is 1.5 times that of the conventional material in the vicinity of a wavelength of 410 nm. If a magnet is arranged around this Faraday crystal and a 45 ° Faraday rotation occurs, it becomes a rotator. Further, if a polarizing beam splitter as shown in FIG. 23 is arranged before and after the rotator (before and after the optical path), an isolator is provided. It becomes. In this case, the total length of the isolator including the polarization beam splitter can be 20 mm or less. However, in order to realize such a small isolator, the effective diameter of the Faraday crystal (the diameter of the Faraday crystal) is limited to a certain length or less. The effective diameter was initially about 1.3 mm in diameter, but an isolator capable of accommodating a gradually larger diameter is being developed while maintaining the small size described above.
［４．アナモフィックプリズムの構成］
この発明では、出力されるレーザ光のビーム形状を、ほぼ円形とすることも目的としている。このような、ほぼ円形のビーム形状は、空間変調器を用いる際に望ましい形状であり、ここでは、たとえばアナモフィックプリズムを用いて、このビーム形状をほぼ円形に変形する。アナモフィックプリズムは、入射光のビーム形状を、一次元方向について縮小する。
[4. Configuration of anamorphic prism]
Another object of the present invention is to make the beam shape of the output laser light substantially circular. Such a substantially circular beam shape is a desirable shape when a spatial modulator is used. Here, for example, an anamorphic prism is used to transform the beam shape into a substantially circular shape. The anamorphic prism reduces the beam shape of incident light in the one-dimensional direction.
図２４には、楕円形のレーザ光のビーム２４０がアナモフィックプリズム２４１を介して円形のビーム２４４に変形される様子が示されている。アナモフィックプリズム２４１は、たとえば、図のような２つのプリズム２４２、プリズム２４３から構成される。アナモフィックプリズム２４１は、１つの方向にのみビームを拡大または縮小し出力する。ここで、１つの方向とは、たとえば、楕円形のレーザ光のビームスポットの長軸方向や、短軸方向である。入射ビームと２つのプリズムの角度を変化させることで、様々なビーム形状に変形することができる。図２４の例では、楕円形ビームの短軸方向が、長軸方向の長さに拡大されるように変形されているが、逆に、長軸方向を短軸方向の長さにあわせるよう縮小することもできる。
FIG. 24 shows a state where the
［５．第１の実施形態］
上述した外部共振器型半導体レーザに、波長モニタ、アイソレータ、およびアナモフィックプリズムを組み合わせて、この発明の第１の実施形態に係るレーザシステムを構成する。図２５には、この発明の第１の実施形態に係るレーザシステム２５１の構成が表されている。
[5. First Embodiment]
A laser system according to the first embodiment of the present invention is configured by combining the above-described external cavity semiconductor laser with a wavelength monitor, an isolator, and an anamorphic prism. FIG. 25 shows the configuration of a
レーザシステム２５１は、外部共振器型半導体レーザ２５２、波長モニタ２５８、アナモフィックプリズム２６１、およびアイソレータ２６２を備え、外部共振器型半導体レーザ２５２から射出されるレーザ光の進む光路にしたがって、この順で、各構成要素が配置される。また、外部共振器型半導体レーザ２５２はさらに、レーザ・ダイオードのような半導体レーザ素子２５３、レンズ（コリメートレンズ）２５４、グレーティング２５５、およびミラー２５６を有し、波長モニタ２５８は、オプティカルウェッジ２５９、および２分割ディテクタ２６０を有し、アイソレータ２６２は、偏光ビームスプリッタ２６３、ローテータ２６４、および偏光ビームスプリッタ２６５を有している。
The
外部共振器型半導体レーザ２５２は、シングルモードのレーザ光を出力するという意味で、図２９で説明した外部共振器型半導体レーザ４００と実質的に同様のものであるが、ミラー２５６が追加されており、これが、グレーティング２５５とともに、回転軸２５７を中心に回転するように構成されている。
The external resonator
外部共振器型半導体レーザ２５２として例示したのは、Ｌｉｔｔｒｏｗ型のチューナブルレーザであり、また、偏光面は、ｘｚ面内である。半導体レーザ素子２５３から射出されたレーザ光は、レンズ２５４で平行光となり、グレーティング２５５に照射される。各波長ごとに異なる方向へ１次光が発生するので、特定の１次光が半導体レーザ素子２５３に戻るようにグレーティング２５５の角度を調整すると、その光のみが増幅され、シングルモードになる。上述のように、グレーティング２５５とミラー２５６は組み合わされ、その交点２５７を中心として回転する（上記グレーティング２５５の角度調整は、この回転により行われる）。図のようにグレーティング２５５とミラー２５６は、組み合わせることによって、波長を変えても、ミラー２５６で反射されるレーザ光の方向は変わらない。レンズ２５４で平行となったレーザ光のビーム直径は、たとえば、ｘ軸方向が長軸で３．８ｍｍ、ｙ軸方向が短軸で１．６ｍｍといったサイズである。
An example of the external resonator
波長モニタ２５８は、上述した、波長モニタを行うための第１のレーザシステムの構成が用いられる。オプティカルウェッジ２５９で反射したレーザ光を２分割ディテクタ２６０で受光することによって、レーザ光の強度が判定され、それによって、受光したレーザ光の波長を把握することができる。把握された波長（あるいは、それに対応するディジタル値）は表示され、また、半導体レーザ素子２５３の出力パワーのフィードバック制御に用いられたりするが、ここでは詳細な説明を省略する。また、波長モニタ２５８の構成および機能に関する詳細については、波長モニタを行うための第１のレーザシステムの構成の説明に関連して前述した。
The wavelength monitor 258 uses the above-described configuration of the first laser system for performing wavelength monitoring. By receiving the laser beam reflected by the
ここで、オプティカルウェッジ２５９のガラスは、光路に対して、たとえば約４５°の角度で設置される。入射光はｓ波であるため、その１０％程度を２分割ディテクタ２６０の方向に反射する（垂直入射の場合は４％程度）。オプティカルウェッジ２５９は、その表面と裏面でそれぞれ反射するので、合計で２０％前後の光を波長モニタ用に費やすことになる。これでは、効率的なレーザ光の利用ができない。
Here, the glass of the
そこで、この第１の実施形態の変形例として、オプティカルウェッジの両面に誘電体膜を蒸着することを考える。これにより、反射率を約２％にまで低減することができる（無反射コーティングの類で、適正膜厚からずらしたもの）。この結果、波長モニタに使用される光は、入射光の４％程度となる。 Therefore, as a modification of the first embodiment, it is considered to deposit a dielectric film on both surfaces of the optical wedge. Thereby, the reflectance can be reduced to about 2% (a kind of non-reflective coating, which is shifted from the appropriate film thickness). As a result, the light used for the wavelength monitor is about 4% of the incident light.
外部共振器型半導体レーザ２５２から射出されたレーザ光は、最終的にアイソレータ２６２を通過して外部に出力され、ＨＤＳ等の用途に用いられる。ここでは、アイソレータ２６２のファラデー結晶の直径の最大値を約３．０ｍｍと設定する。そこで、この最大値を基準として、レーザシステム２５１の光路を逆にたどり、レーザ光の条件等を決定していく。
The laser light emitted from the external resonator
一般に、レーザ光が所定の穴を通過するためには、レーザ光の直径が、穴の直径の０．８倍以下でなければならない。したがって、以下の式１０によって、アイソレータ２６２に入射されるレーザ光の直径の上限値が求められる。
３．０ｍｍ×０．８＝２．４ｍｍ ・・・（式１０）。
In general, in order for laser light to pass through a predetermined hole, the diameter of the laser light must be 0.8 times or less the diameter of the hole. Therefore, the upper limit value of the diameter of the laser beam incident on the
3.0 mm × 0.8 = 2.4 mm (Expression 10).
また、通常、外部共振器型半導体レーザ２５２から射出されるレーザ光は楕円形であるため、そのレーザ光がアイソレータ２６２に入射される前に、アナモフィックプリズム２６１によってレーザ光をほぼ円形に変形する必要がある。アナモフィックプリズムに入射されるレーザ光、すなわち、外部共振器型半導体レーザ２５２から射出されるレーザ光は、典型的には、上述のような３．８ｍｍ×１．６ｍｍの楕円形である。
Further, since the laser light emitted from the external resonator
従来は、長軸方向の長さに合わせて、すなわち、短軸方向を拡大するよう変形をしていたが、そうすると、レーザ光は、３．８ｍｍ×３．８ｍｍの円形となり、上述したレーザ光の直径の上限値を超えることになり、アイソレータ２６２に入らない。そこで、この発明において、アナモフィックプリズム２６１は、入射光の短軸方向に合わせて、出力レーザ光を変形し、少なくとも、レーザ光の長軸方向の直径が、２．４ｍｍ以下になるようにする。
Conventionally, the laser beam has been deformed in accordance with the length in the long axis direction, that is, to expand in the short axis direction. This exceeds the upper limit of the diameter, and does not enter the
また、アナモフィックプリズム２６１によって変形されたレーザ光を、円形に近いものとするため、以下の式１１のような条件を設けることもできる。
レーザ光の短軸方向の直径×０．８５ ＜＝ アナモフィックプリズムで縮小された後の長軸方向の直径 ＜＝ ２レーザ光の短軸方向の直径×１．１５ ・・・（式１１）
これは、換言すれば、アナモフィックプリズム２６１は、入射レーザ光の長軸方向を縮小するにあたり、その長さを、入射レーザ光の短軸方向の直径の０．８５倍から１．１５倍の範囲（すなわち、±１５％）になるようにすることである。したがって、アナモフィックプリズム２６１の出力は、厳密な円形に変形されるとは限らない。また、入射レーザ光の長軸方向の直径の長さが、短軸方向の直径の０．８５倍となることもあるので、レーザ光がアナモフィックプリズム２６１を通過する前後で、長軸と短軸の関係が逆転する可能性もある。
Further, in order to make the laser beam deformed by the
Diameter of laser beam in the short axis direction × 0.85 <= Diameter in the long axis direction after being reduced by the anamorphic prism ≦ = 2 Diameter in the short axis direction of the laser beam × 1.15 (Expression 11)
In other words, when the
たとえば、アナモフィックプリズム２６１は、図２５のｘ軸方向（すなわち、アナモフィックプリズム２６１に入射されるレーザ光の長軸方向）を、約１／２．７に縮小し、ｙ軸方向（短軸方向）はそのまま射出する。このように構成することによって、レーザ光の長軸方向の直径は、１．４ｍｍ（＝３．８／２．７）となり、アナモフィックプリズム２６１通過後のレーザ光は、短軸と長軸の関係が逆転する。また、短軸方向の直径と長軸方向の直径の比は、０．８８（＝１．４／１．６）であり、これは、上記式１１に示した条件を満たす。また、この場合、長軸方向のレーザ光の直径は１．６なので、ローテータの有効径が２．０ｍｍ程度のアイソレータを用いることもできる（１．６／０．８＝２．０）。
For example, the
次に、波長モニタ２５８に関してであるが、レーザ光がアナモフィックプリズム２６１を通過する前に、波長モニタ２５８内のオプティカルウェッジ２５９を通過することは重要である。仮に、アナモフィックプリズム２６１を通過した後のレーザ光をオプティカルウェッジ２５９に照射すると、ビームが小さいために、オプティカルウェッジ２５９による表面の反射光はほとんど重ならない。このため、縞模様が生じなくなり、波長をモニタすることが不可能となる。この問題は、従来のように、レーザ光の短軸方向の直径を長軸方向の直径に合わせるアナモフィックプリズムに関しては生じなかったものである。
Next, with regard to the
また、オプティカルウェッジ２５９は、レーザ光の通過の前後でビーム形状を変化させないので、レンズ２５４を通過した後のレーザ光の直径は、上記のように、短軸方向の直径で２．４ｍｍまで許される。次に、この直径が何によって定まるかについて説明する。まず、十分大きな径のレンズを考える。レンズ（コリメートレンズ）は、その焦点にＬＤ（Laser Diode）の仮想発光点が位置するように置かれる。こうすることによって、レンズ通過後の光は、並行光となるからである。したがって、焦点距離が長いコリメートレンズを使えば、レンズ通過後のビーム径は大きくなる。図２６Ａには、ＬＤ２７１と、焦点距離の比較的短いコリメートレンズ２７２が示されており、焦点距離が短い分、ビーム径が小さい。一方、図２６Ｂには、ＬＤ２７１と、焦点距離の比較的長いコリメートレンズ２７３が示されており、この場合、焦点距離が長いために、ビーム径が大きくなっている。
In addition, since the
実際には、レンズ径も関係する。光の広がりよりもレンズ径が小さい場合、レンズ通過後のビーム径はレンズ径と同じになる。図２６Ｃには、この場合の状態が表されており、ＬＤ２７１から射出されたレーザ光の広がりよりもコリメートレンズ２７４の直径が小さく、そのために、コリメートレンズ２７４の直径と同じビーム径のレーザ光が出力される。
In practice, the lens diameter is also relevant. When the lens diameter is smaller than the spread of light, the beam diameter after passing through the lens is the same as the lens diameter. FIG. 26C shows the state in this case, and the diameter of the
上述した、焦点距離と、レンズ径についての制限を、この発明のレーザシステム２５１に関連して表現すると、「レンズ２５４として、短軸の直径が２．４ｍｍを越えないコリメートレンズを用いる」こととなる。
The above-mentioned limitations on the focal length and the lens diameter are expressed in relation to the
［６．第２の実施形態］
この発明の第２の実施形態について、図２７を参照して説明する。この実施形態は、図２５に示した第１の実施形態のレーザシステム２５１の波長モニタ部分を変更するものである。
[6. Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the wavelength monitor portion of the
図２７に示したレーザシステム２７１は、外部共振器型半導体レーザ２７２、波長モニタ２７８、アナモフィックプリズム２８３、およびアイソレータ２８４を備え、外部共振器型半導体レーザ２７２から射出されるレーザ光の進む光路にしたがって、この順で、各構成要素が配置される。外部共振器型半導体レーザ２７２、アナモフィックプリズム２８３、およびアイソレータ２８４は、第１の実施形態のレーザシステム２５１の外部共振器型半導体レーザ２５２、アナモフィックプリズム２６１、およびアイソレータ２６２とそれぞれ同様の構成である。
A
この実施形態においては、上述した、波長モニタを行うための第２のレーザシステムの構成に基づいて、波長モニタ２７８が構成されている。波長モニタ２７８は、２段の波長モニタを有するもので、一方の波長モニタでは、１ｎｍないし０．１ｎｍ程度の比較的大きい波長の違いを検出し、他方の波長モニタでは、０．０１ｎｍないし０．００１ｎｍ程度の比較的小さい波長の違いを検出する。
In this embodiment, the
波長モニタ２７８は、第１のオプティカルウェッジ２７９と第１の２分割ディテクタ２８０、および第２のオプティカルウェッジ２８１と第２の２分割ディテクタ２８２を含む。このような構成によって検出された波長（あるいは、それに対応するディジタル値）は表示され、また、半導体レーザ素子２７３の出力パワーのフィードバック制御に用いられたりするが、ここでは詳細な説明を省略する。波長モニタ２７８の構成および機能に関する詳細については、波長モニタを行うための第２のレーザシステムの構成の説明に関連して前述した。
The wavelength monitor 278 includes a first
ここで、オプティカルウェッジ２７９、およびオプティカルウェッジ２８１のガラスは、光路に対して、たとえば約４５°の角度で設置される。入射光はｓ波であるため、その１０％程度をそれぞれ２分割ディテクタ２８０および２分割ディテクタ２８２の方向に反射する（垂直入射の場合は４％程度）。これらのオプティカルウェッジは、その表面と裏面でそれぞれ反射するので、合計で４０％前後の光を波長モニタ用に費やすことになる。これでは、効率的なレーザ光の利用ができない。
Here, the glass of the
そこで、この第２の実施形態の変形例として、それぞれのオプティカルウェッジの両面に誘電体膜を蒸着したものを考える。これにより、反射率を約２％にまで低減する（無反射コーティングの類で、適正膜厚からずらしたもの）。この結果、波長モニタに使用される光は、入射光の１０％以下となる。 Thus, as a modification of the second embodiment, a case where a dielectric film is deposited on both surfaces of each optical wedge is considered. This reduces the reflectivity to about 2% (a non-reflective coating that is offset from the appropriate film thickness). As a result, the light used for the wavelength monitor is 10% or less of the incident light.
このような構成によって、第１の実施形態と同様、戻り光を遮断した構成で、ほぼ円形のレーザ光を出力できる小型なレーザシステムが提供される。さらに、この実施形態では、波長モニタを２段構成としているため、広範な波長の判定を行うことができる。 With such a configuration, as in the first embodiment, a small laser system capable of outputting a substantially circular laser beam with a configuration in which the return light is blocked is provided. Furthermore, in this embodiment, since the wavelength monitor has a two-stage configuration, a wide range of wavelengths can be determined.
［７．第３の実施形態］
この発明の第３の実施形態について、図２８を参照して説明する。この実施形態は、図２７に示した第２の実施形態のレーザシステム２７１の構成に、さらにλ／２板を加えた構成である。
[7. Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a λ / 2 plate is further added to the configuration of the
図２８に示したレーザシステム２９１は、外部共振器型半導体レーザ２９２、λ／２板２９８、波長モニタ２９９、アナモフィックプリズム３０４、およびアイソレータ３０５を備え、外部共振器型半導体レーザ２９２から射出されるレーザ光の進む光路にしたがって、この順で、各構成要素が配置される。外部共振器型半導体レーザ２９２、波長モニタ２９９、アナモフィックプリズム３０４、およびアイソレータ３０５は、第２の実施形態のレーザシステム２７１の外部共振器型半導体レーザ２７２、波長モニタ２７８、アナモフィックプリズム２８３、およびアイソレータ２８４とそれぞれ同様の構成である。
A laser system 291 shown in FIG. 28 includes an external resonator
この実施形態においては、外部共振器型半導体レーザ２９２および波長モニタ２９９の間にλ／２板２９８が配置されている。このλ／２板２９８によって、入射光はｓ波からｐ波に変換され、波長モニタ２９９のオプティカルウェッジ３００に入射される。このように、ｐ波を利用することによって、上述した第１の実施形態の変形例や、第２の実施形態の変形例のように、オプティカルウェッジに誘電体膜を蒸着しなくても２％程度の反射率を達成することができる。
In this embodiment, a λ / 2
また、アナモフィックプリズム３０４においても、ｐ波の方が、ｓ波より設計が容易であるという利点がある。
The
さらに、この発明の各実施形態においては、外部共振器型半導体レーザからのレーザ光がアイソレータのファラデー結晶に入射され、ファラデー効果によって光の入射方向から見て時計回りに４５°傾いて出力される。したがって、各実施形態のレーザシステムでは、アイソレータから出力されたレーザ光がさらにλ／２板を通過するように構成して、出力されるレーザ光を時計回りに、あるいは反時計回りに４５°傾け、レーザ光を、光の入射方向から見て垂直または水平の方向に調整することができる。 Furthermore, in each embodiment of the present invention, the laser light from the external cavity semiconductor laser is incident on the Faraday crystal of the isolator, and is output with a 45 ° tilt in the clockwise direction as viewed from the light incident direction due to the Faraday effect. . Therefore, in the laser system of each embodiment, the laser beam output from the isolator is further configured to pass through the λ / 2 plate, and the output laser beam is tilted 45 ° clockwise or counterclockwise. The laser beam can be adjusted in the vertical or horizontal direction when viewed from the incident direction of the light.
ここまで、この発明の実施形態について、Ｌｉｔｔｒｏｗ型のチューナブルレーザを外部共振器型半導体レーザとして使用した構成に関連して説明してきたが、外部共振器型半導体レーザとしては、Ｌｉｔｔｍａｎ型を用いてもよいし、チューナブルレーザではなく、固定波長のレーザを用いてもよい。 Up to this point, the embodiments of the present invention have been described in relation to a configuration in which a Littrow type tunable laser is used as an external resonator type semiconductor laser. However, as an external resonator type semiconductor laser, a Littman type is used. Alternatively, a fixed wavelength laser may be used instead of a tunable laser.
また、この発明では、アイソレータのファラデー結晶の直径の最大値を約３．０ｍｍとして設定し、全体としてサイズの小さいレーザシステムを実現しているが、３．０ｍｍというサイズは、単なる設計事項ではなく、この発明の特徴的な構成によって可能となる上限サイズである。レーザシステムは、このような小型サイズとなって初めて、ＨＤＳ等による記録ドライブへの実装に適したものとなる。 In the present invention, the maximum value of the diameter of the Faraday crystal of the isolator is set to about 3.0 mm to realize a laser system having a small size as a whole. However, the size of 3.0 mm is not just a design matter. This is the upper limit size made possible by the characteristic configuration of the present invention. The laser system is suitable for mounting on a recording drive by HDS or the like only after such a small size.
また、各実施形態では、波長モニタにオプティカルウェッジが用いられているが、上述の、波長モニタを行うための第１のレーザシステムの構成および波長モニタを行うための第２のレーザシステムの構成に関連して説明した原理を用いずに、オプティカルウェッジを用いた他の方法で波長をモニタすることも可能であり、この発明の範囲は、このような他の方法による波長モニタ手段をも含むものである。また、オプティカルウェッジではなく、たとえば図１８に示すような他の反射手段（ここでは、このようなものも便宜上、オプティカルウェッジと呼んでいる）を用いて波長モニタを構成することができる。さらに、２分割ディテクタについても、厳密にこれを含んでいる必要はない。少なくとも、所定の２カ所で光の強度を測定できる素子であれば、どのようなものであってもよい。 In each embodiment, an optical wedge is used for wavelength monitoring. However, the configuration of the first laser system for performing wavelength monitoring and the configuration of the second laser system for performing wavelength monitoring are described above. It is also possible to monitor the wavelength by another method using an optical wedge without using the principle described in relation to the principle, and the scope of the present invention includes wavelength monitoring means by such another method. . Further, the wavelength monitor can be configured using not the optical wedge but another reflecting means as shown in FIG. 18 (here, such a device is also referred to as an optical wedge for convenience). Further, the two-divided detector need not be strictly included. Any element can be used as long as the element can measure the light intensity at at least two predetermined locations.
さらに、各実施形態は、アナモフィックプリズムを用いて楕円形のビーム形状をほぼ円形のビーム形状に変形しているが、同様の機能を有している限り、他の光学素子を用いるように構成してもよい。 Furthermore, each embodiment uses an anamorphic prism to transform an elliptical beam shape into a substantially circular beam shape, but may be configured to use other optical elements as long as they have similar functions. May be.
また、これまで、オプティカルウェッジは、図１に関連して説明したように、ｚ軸方向に厚さが変化するものを前提としてきたが、ｘ軸方向に沿って厚さが変化するように構成してもよい。ただし、この場合は、図２に示す干渉縞が横縞（すなわち、ｚ軸方向に対しほぼ平行な縞）となるので、ディテクタの配置方向をそれに合わせて調整する必要がある。 In the past, the optical wedge has been assumed to change in thickness in the z-axis direction as described with reference to FIG. 1, but is configured to change in thickness along the x-axis direction. May be. However, in this case, since the interference fringes shown in FIG. 2 are horizontal stripes (that is, stripes substantially parallel to the z-axis direction), it is necessary to adjust the arrangement direction of the detectors accordingly.
オプティカルウェッジをｘ軸方向に沿って厚さが変化するように構成すると、ｚ軸方向に厚さが変化するように構成した場合と比べて、干渉縞の向きが比較的安定しており、ディテクタの位置を調整し易いという利点がある。 If the optical wedge is configured so that the thickness varies along the x-axis direction, the direction of the interference fringes is relatively stable compared to the case where the thickness is varied along the z-axis direction. There is an advantage that it is easy to adjust the position.
２５１，２７１，２９１・・・レーザシステム、２５２，２７２，２９２・・・外部共振器型半導体レーザ、２５３，２７３，２９３・・・半導体レーザ素子、２５４，２７４，２９４・・・レンズ、２５５，２７５，２９５・・・グレーティング、２５６，２７６，２９６・・・ミラー、２５８，２７８，２９９・・・波長モニタ、２５９，２７９，２８２，３００，３０２・・・オプティカルウェッジ、２６０，２８０，２８２，３０１，３０３・・・２分割ディテクタ、２６１，２８３，３０４・・・アナモフィックプリズム、２６２，２８４，３０５・・・アイソレータ、２６３，２６５，２８５，２８７，３０６，３０８・・・偏光ビームスプリッタ、２６４，２８６，３０７・・・ローテータ 251, 271, 291 ... Laser system, 252,272,292 ... External cavity type semiconductor laser, 253,273,293 ... Semiconductor laser element, 254,274,294 ... Lens, 255 275, 295 ... grating, 256, 276, 296 ... mirror, 258, 278, 299 ... wavelength monitor, 259, 279, 282, 300, 302 ... optical wedge, 260, 280, 282 301, 303 ... 2 split detectors, 261, 283, 304 ... anamorphic prisms, 262, 284, 305 ... isolators, 263, 265, 285, 287, 306, 308 ... polarization beam splitters, 264 , 286, 307 ... Rotator
Claims (10)
前記外部共振器型半導体レーザから射出される前記レーザ光を受光し、所定の方向に、異なる光強度分布を有する反射光を出力する反射手段と、
前記反射手段を透過した前記レーザ光を、ビーム形状の長軸方向に関して縮小するように変形して出力するビーム形状変形手段と、
前記ビーム形状変形手段から出力された前記レーザ光を透過して戻り光を遮断するアイソレータを有することを特徴とするレーザシステム。 An external cavity semiconductor laser that emits laser light;
Reflecting means for receiving the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser and outputting reflected light having different light intensity distributions in a predetermined direction;
Beam shape deforming means for deforming and outputting the laser light transmitted through the reflecting means so as to be reduced with respect to the long axis direction of the beam shape;
A laser system comprising: an isolator that transmits the laser beam output from the beam shape deforming unit and blocks return light.
前記外部共振器型半導体レーザから射出される前記レーザ光のビーム形状が楕円形であり、短軸方向の直径が２．４ｍｍ以下であることを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 1, wherein
A laser system characterized in that a beam shape of the laser light emitted from the external resonator type semiconductor laser is an ellipse, and a diameter in a minor axis direction is 2.4 mm or less.
前記外部共振器型半導体レーザは、
レーザ光を射出する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から射出されたレーザ光をほぼ平行な光に集光するレンズと、
前記集光された光のうち、配置された角度に応じて特定の波長の１次回折光を前記半導体レーザ素子に向けて出力するグレーティングと、
前記グレーティングから０次光を反射して外部にレーザ光を出力するミラーを備え、
前記グレーティングと前記ミラーが所定の角度を維持しながら、同じ回転軸を中心に回転させた場合に、前記外部に出力されるレーザ光の出力方向を変化させずに、波長を変化させるように構成されたことを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 2, wherein
The external cavity semiconductor laser is
A semiconductor laser element that emits laser light;
A lens that focuses laser light emitted from the semiconductor laser element into substantially parallel light;
A grating that outputs a first-order diffracted light of a specific wavelength toward the semiconductor laser element according to an arranged angle of the collected light;
A mirror that reflects zero-order light from the grating and outputs laser light to the outside;
When the grating and the mirror are rotated around the same rotation axis while maintaining a predetermined angle, the wavelength is changed without changing the output direction of the laser beam output to the outside. A laser system characterized by that.
前記反射手段からの前記反射光の光強度を、少なくとも２つの受光位置で検出する光検出手段と、
前記少なくとも２つの受光位置における検出信号の差分値を求め、前記差分値に基づいて、前記レーザ光の波長をモニタするモニタ手段をさらに備え、
前記少なくとも２つの受光位置は、前記所定の方向と平行な方向に沿って配置されることを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 1, wherein
Light detecting means for detecting the light intensity of the reflected light from the reflecting means at at least two light receiving positions;
Obtaining a difference value of detection signals at the at least two light receiving positions, and further comprising a monitoring means for monitoring the wavelength of the laser beam based on the difference value;
The laser system, wherein the at least two light receiving positions are arranged along a direction parallel to the predetermined direction.
前記反射手段がオプティカルウェッジであることを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 1, wherein
The laser system characterized in that the reflecting means is an optical wedge.
前記ビーム形状変形手段は、前記ビーム形状の長軸方向に関する縮小を行って、前記ビーム形状の長軸方向の直径を、２．４ｍｍ以下に変形させることを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 1, wherein
The beam shape deforming means reduces the diameter of the beam shape in the major axis direction and deforms the diameter of the beam shape in the major axis direction to 2.4 mm or less.
前記ビーム形状変形手段は、前記ビーム形状の長軸方向に関する縮小を行って、前記ビーム形状の長軸方向の直径を、前記ビーム形状の短軸方向の直径の０．８５％ないし１．１５％に変形させることを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 6, wherein
The beam shape deforming means performs reduction in the major axis direction of the beam shape so that the diameter of the beam shape in the major axis direction is 0.85% to 1.15% of the diameter of the beam shape in the minor axis direction. A laser system characterized in that the laser system is deformed.
前記ビーム形状変形手段は、アナモフィックプリズムであることを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 1, wherein
The laser system characterized in that the beam shape deforming means is an anamorphic prism.
前記アイソレータは、直径が３．０ｍｍ以下の前記レーザ光を透過することを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 1, wherein
The laser system, wherein the isolator transmits the laser light having a diameter of 3.0 mm or less.
前記アイソレータは、ファラデー結晶を有し、
前記ファラデー結晶の直径は３．０ｍｍ以下であることを特徴とするレーザシステム。 The laser system according to claim 9, wherein
The isolator has a Faraday crystal,
The Faraday crystal has a diameter of 3.0 mm or less.
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