JP2015056469A - 外部共振器により波長制御されたダイオードレーザモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】ダイオードレーザの中心波長を制御するとともに、モードホッピングの影響を小さくする。【解決手段】ダイオードレーザ1から出力されるレーザ光7を、コリメートレンズ2によって平行光にしたのち、アナモルフィックプリズム対5を通過させることにより、伝搬方向の角度に波長分散が付与された円形断面のレーザ光8に変換する。球面に部分反射コーティング16aが施された部分反射ミラー16によってレーザ光8の一部を反射させ、反射したレーザ光9の光スペクトルの一成分をダイオードレーザ1に再び結合させることで、結合させたスペクトル成分の波長を中心としたマルチ縦モードで発振させる。これにより、ダイオードレーザ1への注入電流の変化や環境温度の変化によるモードホッピングの影響が小さくなる。中心波長は、部分反射ミラー16の位置をレーザ光8の光軸に対して垂直方向に移動することで調整する。【選択図】図3

Description

本発明は、レーザ波長を制御するためにアナモルフィックプリズム対を含んだ外部共振器をもつダイオードレーザモジュールに関するものである。
半導体を利得媒質とし、電流注入することでレーザ光を発生するダイオードレーザは、一般にレーザの中心波長の個体差が大きく、量産され販売されているダイオードレーザでは中心波長の特定値に対する公差が±3nmから±5nmとされることが多い。他方、ダイオードレーザの中心波長は動作電流や温度に依存して変動するという特徴をもっている。
レーザを利用した応用装置では、この中心波長の公差や変動が問題とならないものもあるが、特に分析や計測の分野で使用する用途の中には、レーザの中心波長の公差や変動は小さくなくてはいけないものがある。
ダイオードレーザの中心波長を制御する手段として、ダイオードレーザの中心波長が温度に依存する特徴を利用して、温度を制御することで所望の波長に調整するものがある。例えば、波長が約0.8μmのAlGaAs系のダイオードレーザでは、中心波長の温度係数は+0.3nm/K程度であり、波長が0.4μmのInGaN系のダイオードレーザでは、中心波長の温度係数は+0.1nm/K程度である。そこで、温度係数に応じて温度を低く設定することにより、中心波長を短波長側に所望量だけシフトさせ、同じく温度を高く設定することにより、中心波長を長波長側に量だけシフトさせることができる。
別の波長制御方法の例として、レーザ波長の制御に体積ホログラム格子(volume holographic grating、VHG)を使用した発明がある(特許文献1参照)。VHGは体積ブラッグ格子(volume Bragg grating、VBG)などとも呼ばれる。VHGは特殊なガラスに屈折率の周期的変化を1次元方向に与えたものであり、特定の入射角度に対して特定の波長で反射する特性をもつ。特許文献1の発明では、ダイオードレーザの出力光をVHGに垂直に入射し、その一部を反射させてダイオードレーザに再び結合させることで、出力光を特定の波長に制御している。
光回折格子を利用した例として特許文献2の発明がある。この発明は、光回折格子に光を照射したときに回折光の伝搬方向が波長分散をもつ特性を利用しており、ダイオードレーザから出力されたレーザ光を反射型の光回折格子に照射し、発生する回折光を反射ミラーによって戻すときに、反射ミラーの角度を調整して特定の波長成分のみをダイオードレーザに再び結合させることで出力光の波長を制御している。
プリズムを利用した例としては、非特許文献1に示されているものがある。これは、特許文献2と同様に基本的には光回折格子によって波長を選択する方式であるが、波長選択性を向上させるために、ダイオードレーザの出力光を複数のプリズムに通すことでレーザ光を断面の一方向に拡大した後に光回折格子に照射している。
非特許文献1にはエタロンを利用した例も示されている。これも特許文献2と同様に基本的にはこの光回折格子によって波長を選択する方式であるが、波長選択性を向上させるために、レーザダイオードと光回折格子の間の光路上にエタロンを配置している。
ダイオードレーザの例ではないが、プリズムの波長選択特性を利用した例として、光励起の半導体プレートレットレーザの発明がある(特許文献3参照)。この発明では、利得媒質である半導体プレートレットと出力ミラーとの間に構成されるレーザ共振器の中に1個のプリズムを置いた構造となっており、この1個のプリズムによって光スペクトルの狭帯域化とともに波長のチューニングを行っている。
米国特許第7636376号明細書 米国特許第5594744号明細書 米国特許第4462103号明細書
Frank J. Duarte編著、「Tunable Laser Applications, 2nd edition」、CRC Press、2008、Chapter 5
波長を制御するために温度を制御する方式では、結露が生じない範囲でしか温度を下げられないといった問題や、温度を高くすることでダイオードレーザの寿命が短くなるという問題、ダイオードレーザに供給する電力よりも温度制御に必要な電力の方が大きくなってしまうといった問題がある。
特許文献1のようにVHGを利用した方式、あるいは特許文献2のように光回折格子を利用した方式では、非特許文献1のようなエタロンやプリズムを併用した方式も含めて、単一縦モードか縦モードの本数が少ないマルチ縦モードになってしまい、ダイオードレーザへの注入電流を変化させたり、ダイオードレーザモジュールの温度や気圧が変化したりすると、モードホップが生じ、出力が変動してしまうという問題がある。
光回折格子を利用した方式や、特許文献3のように1個のプリズムによって波長選択した光励起の半導体プレートレットレーザでは、波長選択に必要な光路が大きく折れ曲がり、モジュール化したときに寸法が大きくなってしまうという問題もある。
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ダイオードレーザの中心波長を制御して中心波長のばらつきを小さくするとともにモードホッピングのレーザパワーへの影響が小さいダイオードレーザモジュールを提供する。
そこで本発明は、波長分散特性が異なるプリズム2個を組み合わせてアナモルフィックプリズム対とし、このアナモルフィックプリズム対を、少なくとも片側端面に反射防止コーティングを付けたダイオードレーザと部分反射ミラーとの間に置く構造とした。このアナモルフィックプリズム対を通過するビームの波長に応じた分散を適度な値にして、部分反射ミラーによる反射光の角度を調整することによって出力されるビームの波長を所望に設定するとともに、モードホッピングの影響を少なくする。
本発明の一側面によれば、少なくともダイオードレーザ(1)、コリメートレンズ(2)、およびアナモルフィックプリズム対(5)を有し、前記ダイオードレーザ(1)の出力光を前記コリメートレンズ(2)で平行光にした後、前記アナモルフィックプリズム対(5)によってビーム断面形状を円形にして出力するダイオードレーザモジュールであって、前記ダイオードレーザ(1)の前記コリメートレンズ側の端面には反射防止コーティング(1b)が施されており、前記アナモルフィックプリズム対(5)は、頂角(α)または材料の屈折率が異なる2つのプリズム(3、4)により構成され、前記アナモルフィックプリズム対(5)に対して前記ダイオードレーザ(1)と相反する側に、前記アナモルフィックプリズム対(5)を通過してきたレーザ光(8)の一部を反射させ、前記アナモルフィックプリズム対(5)を逆方向へ伝搬させて前記ダイオードレーザ(1)に結合させる部分反射ミラー(6、16)が配置され、当該部分反射ミラー(6、16)が前記レーザ光(8)の反射角度を調整可能に設けられることで、外部共振器により波長制御されるレーザダイオードモジュールを提供する。
また、本発明の一側面によれば、前記部分反射ミラー(6)が、光路上に配置される少なくとも2つの平面を有するとともに、前記レーザ光(8)の光軸に対して角度調整可能に設けられ、前記2つの平面の一方に部分反射コーティング(6a)が施されており、前記2つの平面の他方に反射防止コーティング(6b)が施されている構成とすることができる。
また、本発明の一側面によれば、前記部分反射ミラー(16)が、光路上に配置される少なくとも1つの球面および1つの平面を有するとともに、前記レーザ光(8)の光軸と直交する方向に移動可能に設けられ、前記球面に部分反射コーティング(16a)が施されており、前記平面に反射防止コーティング(16b)が施されている構成とすることができる。
本発明によるダイオードレーザモジュールでは、レーザ光を所望の波長に調整し、しかも気圧が大きく変化したり、注入する電流を大きく変化させたりしても、あるいは、温度を変化させても、中心波長がほぼ一定となり、また、多数の縦モードをもつマルチ縦モードでレーザ動作するのでモードホップによる出力変化が小さくなる。注入電流に対するレーザパワーの特性は単調増加となるために、レーザパワーをモニターしながらレーザパワーが一定になるよう注入電流を制御する自動パワー制御(Automatic Power Control、APC)が可能となる。
さらに、ダイオードレーザモジュール内でレーザ光の光路が折れ曲がる箇所があるものの、ダイオードレーザの光軸と出力されるレーザ光の光軸は平行で、しかもそれらのシフト量が小さいので、前記の特性を持たせたまま小型のダイオードレーザモジュールを提供できる。
第1実施形態に係る外部共振器により波長制御されたダイオードレーザの構成を示す図である。 図1の要部を詳しく説明するための図である。 第2実施形態に係る外部共振器により波長制御されたダイオードレーザの構成を示す図である。 図3の要部を詳しく説明するための図である。
本発明のダイオードレーザモジュールは、異なる値の頂角αを持つ2個のプリズム3、4を組み合わせてアナモルフィックプリズム対5とし、このアナモルフィックプリズム対5を、平面あるいは球面の片側端面に部分反射コーティング6a,16aを施した部分反射ミラー6、16とダイオードレーザ1と間に置いた構造であり、この部分反射ミラー6、16を透過したレーザ光10を出力光としている。
波長分散特性が異なる個々のプリズム3、4を対にしてアナモルフィックプリズム対5として使用するとき、波長分散の一部がキャンセルされる性質を利用して、アナモルフィックプリズム対5に適当な大きさの波長分散を持たせた。
反射面が平面である部分反射ミラー6を使用する場合は、部分反射ミラー6の角度を調整して平面の法線の向きを変更することで中心波長を調整でき、反射面が球面である部分反射ミラー16を使用する場合は、レーザ光8の光軸に対して垂直方向に部分反射ミラー16の位置を調整することで中心波長を調整できる。
≪第1実施形態≫
図1は、本発明の外部共振器により波長制御されたダイオードレーザモジュールの光学的な機能をもつ構成要素を示す図である。ダイオードレーザ1は、InGaN系であって波長405nmに利得のピークをもつものである。ダイオードレーザ1の活性領域の片側の端面には波長405nmに対して反射率が95%以上となる高反射コーティング1aが施され、もう一方の端面には同じ波長に対して反射率が1%以下となる反射防止コーティング1bが施されている。このダイオードレーザ1は、十分な電流を注入することにより、外部の光学素子がなくても単独でレーザ光を発生することができる。ダイオードレーザ1に対して反射防止コーティング1bが施された側には、非球面レンズであるコリメートレンズ2が配置され、ダイオードレーザ1から出力されるレーザ光がコリメートされる。コリメートされたレーザ光7の断面形状は楕円であり、その長軸と短軸の長さの比はおよそ2:1となる。
第1プリズム3と第2プリズム4とが一組になってアナモルフィックプリズム対5を構成している。断面形状が楕円のレーザ光7は、第1プリズム3と第2プリズム4とをこの順に通過することで、ビーム断面の長軸方向が約0.5倍に縮小される。そのため、アナモルフィックプリズム対5を通過したレーザ光8は断面形状がほぼ円形となる。また、これらのプリズム3、4を通過した後のレーザ光8の光軸は、プリズム3、4を通過する前のレーザ光7の光軸とほぼ平行になる。両レーザ光7、8の光軸のシフト量は約2mmである。
アナモルフィックプリズム対5を通過したレーザ光8は部分反射ミラー6に入射する。部分反射ミラー6のアナモルフィックプリズム対5側の一面には、レーザ光8の波長とその近傍の波長域において約10%の反射率をもつ誘電体多層膜による部分反射コーティング6aが施されている。また、部分反射ミラー6の反対側の面には誘電体多層膜による反射防止コーティング6bが施されている。これら部分反射コーティング6aおよび反射防止コーティング6bが施された面は互いに平行な平面である。部分反射ミラー6に入射するレーザ光8のうちの10%が部分反射コーティング6aが施された面で反射し(レーザ光9)、残りは部分反射ミラー6を通過する(レーザ光10)。
ダイオードレーザ1やコリメートレンズ2は位置を調整できるように構成されている。一方、部分反射ミラー6は、偏向するレーザ光7、8の光軸を通る面に直交する向き(図1の紙面を貫通する方向)に回転中心をおいて角度を調整できるように構成されている。これらの位置や角度が調整されることにより、部分反射ミラー6で反射してアナモルフィックプリズム対5とコリメートレンズ2とを逆方向に伝播するレーザ光9のうち、所望の波長成分がダイオードレーザ1の発光領域に戻る。
アナモルフィックプリズム対5について図2を用いてさらに詳しく説明する。第1プリズム3は、株式会社オハラ製のS−TIH10(SF10相当の)ガラスを材料とし、その頂角αは20°である。第2プリズム4も、株式会社オハラ製のS−TIH10(SF10相当の)ガラスを材料とし、その頂角αは15°である。これらのプリズム3、4のレーザ光7が通過する2面にはそれぞれ反射防止コーティング(図示省略)が施されている。
第1プリズム3は、レーザ光7に対して6°だけ傾けて配置されており、レーザ光7の入射角θが6°、ガラス内部から空気層へ射出するときの屈折角が44.8°となる。このとき、第1プリズム3によるビーム縮小率は0.78倍である。
第2プリズム4は、レーザ光7の光軸に対して43.9°だけ傾けて配置しており、第1プリズム3によって偏向したレーザ光が入射するときの入射角θが25.1°、ガラス内部から空気層への射出するときの屈折角が58.9°となる。このとき、第2プリズム4だけによるビーム縮小率は0.63倍である。
上記の配置角度に第1プリズム3および第2プリズム4を配置したアナモルフィックプリズム対5をレーザ光7が通過すると、透過光はその楕円形の断面の長軸方向が約0.5倍に縮小される。
さらに図2を使いながら波長選択の原理について説明する。レーザ光7が前記のアナモルフィックプリズム対5を通過すると、レーザ光7の光軸とほぼ平行な光軸をもつレーザ光8として透過する。偏向角がほぼ0°といえる。しかし、厳密には波長によって偏向角が異なり、レーザ光8の偏向角は127μrad/nmの波長分散特性をもつ。上記のプリズムの配置では、第1プリズム3だけでは248μrad/nm、第2プリズム4だけでは−266μrad/nmの波長分散特性をもつが、第2プリズム4への入射角θの変化に対する射出角の変化が0.58倍となる効果が組み合わさって前述の127μrad/nmの波長分散特性となっている。
ダイオードレーザ1の発振可能な波長範囲のうち、発振させたい波長をλ、λより短い波長をλ、λより長い波長をλとする。波長選択がされていない状態では、ダイオードレーザ1から出力され、コリメートレンズ2によってコリメートされた直後では、それぞれ波長λ、λ、λのレーザ光の成分7a、7b、7cは同軸上を伝搬する。しかし、上記の偏向角度において波長分散特性をもつアナモルフィックプリズム対5を通過すると、これらの成分は分離され、異なる伝搬方向をもつレーザ光の成分8a、8b、8cとなる。
図2では部分反射ミラー6に対してレーザ光の成分8bが垂直となるよう描いている。この場合、レーザ光の成分8bの一部が部分反射コーティング6aによって反射され、レーザ光の成分9bとしてもとの光路を逆にたどりダイオードレーザ1の活性領域に結合する。レーザ光の成分8aと8cも部分反射コーティング6aによってそれらの一部が反射するが、0度入射ではないために、反射したレーザ光の成分8aと8cも、ダイオードレーザ1の付近まで戻るが活性領域に結合するまでには至らない。このようにして、波長λの成分だけが選択的に活性領域にフィードバックされるために、波長λとその近傍の縦モードだけでレーザ動作し、出力光であるレーザ光10の中心波長がλとなる。
波長を調整するためには部分反射ミラー6の配置角度を調整する。部分反射ミラー6の角度をレーザ光の成分8aに垂直になるよう調整すると出力光であるレーザ光10の中心波長はλとなる。また、部分反射ミラー6の角度をレーザ光8の成分8cに垂直になるよう調整すると出力光であるレーザ光10の中心波長はλとなる。
実際に部分反射ミラー6の角度を約1.3mradの範囲で調整することにより、約10nmの範囲で中心波長を調整することができた。また、スペクトルバンド幅は0.3nm〜0.5nmとなった。そして、ダイオードレーザ1の共振器の自由スペクトル領域28pmに相当する波長間隔で10本から30本程度の縦モードをもつマルチ縦モード発振となった。
非常に多くの縦モードが発生するために、電流値を変化させたり、レーザ筐体の温度を変化させたりしたときに生じるモードホッピングのレーザパワーへの影響は小さい。例えば電流を増加させながらレーザパワーの変化をモニターすると、レーザパワーは単調増加となる。したがって、レーザパワーをモニターしながらレーザパワーを一定にする自動パワー制御(automatic power control, APC)が可能となる。
ここまで説明してきたダイオードレーザモジュールは、ダイオードレーザ1の駆動回路や温度制御に必要な電子冷却素子(Thermo−Electric Cooler、TEC)とその駆動回路を含めて、81mm×40mm×40mmの寸法のコンパクトな筐体に納まった。これは、ダイオードレーザ1から出力されたレーザ光の光軸と、最終的に出力されるレーザ光10の光軸がシフトしているものの、そのシフト量が2mmと非常に小さいために実現できた。
≪第2実施形態≫
図3は、本発明の外部共振器により波長制御されたダイオードレーザモジュールの第2実施形態の光学的な機能をもつ構成要素を示す図である。ダイオードレーザ1がコリメートレンズ2でコリメートされ、アナモルフィックプリズム対5を通過した際にビーム断面形状の補正をうけるとともに、偏向方向の波長分散を受け、レーザ光8の成分8a、8b、8cが分散して伝搬するところまでは、第1実施形態と全く同じである。
図1で示した第1実施形態と異なるところは、部分反射ミラー16の部分反射コーティング16aが施されている面が曲率半径1mの球面になっている点である。なお、部分反射ミラー16の出力側の面は第1実施形態と同様に平面とされ、この面には反射防止コーティング16bが施されている。そして部分反射ミラー16は、レーザ光8の光軸に対して垂直に(反射防止コーティング16bが施された平面がレーザ光8の光軸に対して垂直に)配置される。また、部分反射ミラー16は、レーザ光8が球面の略中心に入射する位置に、より詳細にはレーザ光8のある成分が部分反射コーティング16aが施された球面の接平面に垂直に入射する位置に配置される。部分反射コーティング16aには、レーザ光7の波長とその近傍の波長域において20%となる反射率を持たせている。
図4は、第2実施形態の波長選択の原理を説明するための図である。この図は、レーザ光8が含む波長成分のなかから波長λの成分8aが選択される場合について描いている。波長λのレーザ光8の成分8aは、部分反射ミラー16の曲面の曲率中心11方向を向いている。この場合、レーザ光8の成分8aが部分反射ミラー16に対して0度入射となるので、反射したレーザ光9の成分9aは往路を逆にたどりダイオードレーザ1の活性領域に結合する。しかしながら、反射した波長がそれぞれλおよびλであるレーザ光9の成分9b、9cは、ダイオードレーザ1の近傍まで戻るが、活性領域に結合するまでには至らない。このようにして、波長λの成分9aだけが選択的に活性領域にフィードバックされるために、波長λとその近傍の縦モードだけでレーザ動作し、出力光であるレーザ光10の中心波長がλとなる。
波長を調整するためには部分反射ミラー16の位置をレーザ光8の光軸に対して垂直方向にシフトさせる。レーザ光8の成分8bの伝搬方向の延長線上に部分反射ミラー16の曲面の曲率中心11が当たるように調整すると、出力光であるレーザ光10の中心波長はλとなる。レーザ光8の成分8cの伝搬方向の延長線上に部分反射ミラー16の曲面の曲率中心11が当たるように調整すると、出力光であるレーザ光10の中心波長はλ3となる。
レーザ光の成分8a、8b、8cが仮想的に分散を開始する仮想点12から部分反射ミラー16の曲面までの距離は、部分反射ミラー16の曲面からその曲率中心11までの距離、すなわち曲率半径Rに比べて十分に小さい。部分反射ミラー16の移動量をδ、波長分散の値をβとすると、ダイオードレーザ1の活性領域に結合する波長の変化量は近似的にδ/βRとして表すことができる。
実際に部分反射ミラー16の位置を約1.5mmの範囲で調整することにより、約10nmの範囲でレーザの中心波長を調整することができた。また、第1実施形態と同様に、10本から30本程度縦モードをもつマルチ縦モードのレーザ動作が得られ、電流値を変化させたり、レーザ筐体の温度を変化させたりしたときに生じるモードホッピングのレーザパワーへの影響は小さかった。また、筐体は第1実施形態の場合と同じ寸法で実現できた。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第1プリズム3および第2プリズム4として、同じガラス材料からなる互いに頂角αが異なるプリズムを用いることで、アナモルフィックプリズム対5に適度な分散特性を付与しているが、屈折率が互いに異なる材料からなり同一の頂角αをもつ2つのプリズムを用いてもよい。また、適度な分散特性が付与できるものであれば、屈折率が互いに異なる材料からなり且つ互いに頂角αが異なる2つのプリズムを用いてもよい。他方、部分反射ミラー6、16をひっくり返して配置してもよい。このほか、ダイオードレーザモジュールを構成する各部材や部位の具体的形状や配置、材料、特性など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜な変更を加えてもよい。一方、上記実施形態に示したの各要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択してもよい。
レーザを応用する分析や計測などの分野で、中心波長の公差が小さいことが要求される用途において、小型のダイオードレーザモジュールが使用できるようになる。
1 ダイオードレーザ
1a 反射防止コーティング
2 コリメートレンズ
3 第1プリズム
4 第2プリズム
5 アナモルフィックプリズム対
6、16 部分反射ミラー
6a、16a 部分反射コーティング
6b、16b 反射防止コーティング
α 頂角

Claims (3)

  1. 少なくともダイオードレーザ、コリメートレンズ、およびアナモルフィックプリズム対を有し、前記ダイオードレーザの出力光を前記コリメートレンズで平行光にした後、前記アナモルフィックプリズム対によってビーム断面形状を円形にして出力するダイオードレーザモジュールであって、
    前記ダイオードレーザの前記コリメートレンズ側の端面には反射防止コーティングが施されており、
    前記アナモルフィックプリズム対は、頂角または材料の屈折率が異なる2つのプリズムにより構成され、
    前記アナモルフィックプリズム対に対して前記ダイオードレーザと相反する側には、前記アナモルフィックプリズム対を通過してきたレーザ光の一部を反射させ、前記アナモルフィックプリズム対を逆方向へ伝搬させて前記ダイオードレーザに結合させる部分反射ミラーが配置され、当該部分反射ミラーが前記レーザ光の反射角度を調整可能に設けられたことを特徴とする、外部共振器により波長制御されたレーザダイオードモジュール。
  2. 前記部分反射ミラーが、光路上に少なくとも2つの平面を有するとともに、前記レーザ光の光軸に対して角度調整可能に設けられ、前記2つの平面の一方に部分反射コーティングが施されており、前記2つの平面の他方に反射防止コーティングが施されていることを特徴とする、請求項1に記載のダイオードレーザモジュール。
  3. 前記部分反射ミラーが、光路上に少なくとも1つの球面および1つの平面を有するとともに、前記レーザ光の光軸と直交する方向に移動可能に設けられ、前記球面に部分反射コーティングが施されており、前記平面に反射防止コーティングが施されていることを特徴とする、請求項1に記載のダイオードレーザモジュール。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005127A (ja) * 2015-06-11 2017-01-05 株式会社島津製作所 レーザ装置
JPWO2017022142A1 (ja) * 2015-08-04 2017-11-30 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
JP2018121041A (ja) * 2016-02-10 2018-08-02 昭和オプトロニクス株式会社 外部共振器型半導体レーザ装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11121526B2 (en) * 2018-05-24 2021-09-14 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Exchangeable laser resonator modules with angular adjustment
US10847948B2 (en) * 2019-03-13 2020-11-24 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Self-injection locked tunable laser

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03145174A (ja) * 1989-10-31 1991-06-20 Canon Inc 外部共振器型レーザ
JPH06265704A (ja) * 1992-12-11 1994-09-22 Hughes Aircraft Co プリズムおよび格子を利用するアクロマート・プリズム要素およびアポクロマート・プリズム要素
JPH08145676A (ja) * 1994-09-19 1996-06-07 Asahi Optical Co Ltd 基準平面形成用レーザ投光装置
JP2001143648A (ja) * 1999-11-17 2001-05-25 Hitachi Ltd 光励起電子線源および電子線応用装置
JP2006049785A (ja) * 2004-06-29 2006-02-16 Anritsu Corp 波長可変光源及びそれを用いた歪測定装置
JP2007042971A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Sun Tec Kk 波長走査型レーザ光源
JP2007311703A (ja) * 2006-05-22 2007-11-29 Fujifilm Corp 波長掃引光源および光断層画像化装置
JP2008071798A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 Sharp Corp レーザ光源装置
JP2009529786A (ja) * 2006-03-09 2009-08-20 インフェイズ テクノロジーズ インコーポレイテッド 外部キャビティレーザ
JP2011091209A (ja) * 2009-10-22 2011-05-06 Sun Tec Kk 波長走査型レーザ光源

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4860296A (en) * 1983-12-30 1989-08-22 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Laser controlled by a multiple-layer heterostructure
CA2194024C (en) * 1996-12-24 2001-01-30 Richard Morgan Helms Dual mode collimated communications transceiver
JP4296038B2 (ja) * 2003-05-28 2009-07-15 Hoya株式会社 光束分割手段、及び光情報記録再生ヘッド装置
JP4058638B2 (ja) * 2004-02-10 2008-03-12 船井電機株式会社 光ピックアップ装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03145174A (ja) * 1989-10-31 1991-06-20 Canon Inc 外部共振器型レーザ
JPH06265704A (ja) * 1992-12-11 1994-09-22 Hughes Aircraft Co プリズムおよび格子を利用するアクロマート・プリズム要素およびアポクロマート・プリズム要素
JPH08145676A (ja) * 1994-09-19 1996-06-07 Asahi Optical Co Ltd 基準平面形成用レーザ投光装置
JP2001143648A (ja) * 1999-11-17 2001-05-25 Hitachi Ltd 光励起電子線源および電子線応用装置
JP2006049785A (ja) * 2004-06-29 2006-02-16 Anritsu Corp 波長可変光源及びそれを用いた歪測定装置
JP2007042971A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Sun Tec Kk 波長走査型レーザ光源
JP2009529786A (ja) * 2006-03-09 2009-08-20 インフェイズ テクノロジーズ インコーポレイテッド 外部キャビティレーザ
JP2007311703A (ja) * 2006-05-22 2007-11-29 Fujifilm Corp 波長掃引光源および光断層画像化装置
JP2008071798A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 Sharp Corp レーザ光源装置
JP2011091209A (ja) * 2009-10-22 2011-05-06 Sun Tec Kk 波長走査型レーザ光源

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005127A (ja) * 2015-06-11 2017-01-05 株式会社島津製作所 レーザ装置
JPWO2017022142A1 (ja) * 2015-08-04 2017-11-30 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置
JP2018121041A (ja) * 2016-02-10 2018-08-02 昭和オプトロニクス株式会社 外部共振器型半導体レーザ装置

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