技術 レーザ装置

0001

本発明は、ホログラムの記録や読み出しなどに使用されるレーザ光を出力するレーザ装置に関する。

0002

ホログラフィ干渉計やホログラフィック光記録装置では、記録媒体への記録用及び読み出し用として、それぞれ波長の異なる光を出射する２台の光源を用意する必要がある。記録用光源には、記録媒体の感度特性により可視域の単一周波数のコヒーレント光源として固体グリーンレーザが主に使用される。このとき、読み出し用に単一周波数のコヒーレント光源を使用すると、記録に用いられた光源とは波長が異なるために回折条件が合わず、記録媒体に記録された情報をすべて取り出しきれない。つまり、記録媒体からの情報の読み出し効率が低い。

0003

このため、周波数的にブロード化した光、即ち広帯域化した光を出射するスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）を、読み出し用光源として使用することが提案されている（例えば非特許文献１参照。）。

0004

リュウシ・フジムラ（Ryushi Fujimura）、他、「体積ホログラフィックメモリのための多色再構成（Polychromatic reconstruction for volume holographic memory）」、オプティクス・レターズ、第３２巻、１３号 (OPTICS.LETTERSvol.32, No.13) 、２００７年７月１日、ｐ．１８６０−１８６２

0005

しかしながら、読み出し用光源にＳＬＤ光源を使用したとしても、可視域の単一周波数を有する記録用グリーンレーザ光源と読み出し用ＳＬＤ光源とが必要である。このため、レーザ装置の光学系が複雑化するという問題があった。

0006

上記問題点に鑑み、本発明は、光学系の複雑化を抑制しつつ、記録媒体からのホログラム情報の読み出し効率の高いレーザ装置を提供することを目的とする。

0007

本発明の一態様によれば、（イ）広帯域化した基本波光を出射する光源と、（ロ）基本波光が入射され、単一周波数に固定された基本波光を波長変換して得られる第２高調波、又は広帯域化したままの基本波光のいずれかを選択的に出力する出力装置とを備えるレーザ装置が提供される。

0008

本発明によれば、光学系の複雑化を抑制しつつ、記録媒体からのホログラム情報の読み出し効率の高いレーザ装置を提供できる。

0009

本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。
本発明の第１の実施形態の変形例に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。
本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。

0010

図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す第１及び第２の実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

0011

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置１は、図１に示すように、広帯域化した基本波光Ｌ１を出射する光源１０と、基本波光Ｌ１が入射され、単一周波数に固定された基本波光Ｌ１を波長変換して得られる第２高調波、又は広帯域化したままの基本波光Ｌ１のいずれかを選択的に出力する出力装置２０とを備える。

0012

光源１０は、一定の範囲に含まれる複数の波長の光を同時に出射する光源であり、周波数的にインコヒーレント化した光を出射する。光源１０には、例えばスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）や傾斜型ストライプ構造を有する半導体レーザなどが採用可能である。基本波光Ｌ１は、例えば記録媒体に記録されたホログラム情報の読み出しに使用されるブロード化した光である。赤外領域の波長の光を記録媒体からの情報の読み出しに使用する場合には、光源１０は、例えば９８０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に含まれる波長の異なる複数の光を含む基本波光Ｌ１を出射する。

0013

図１に示した出力装置２０は、基本波光Ｌ１を集光する集光レンズ２１１と、集光レンズ２１１から放射された基本波光Ｌ１が入射する波長選択素子２１２と、波長選択素子２１２から放射された基本波光Ｌ１が入射する波長変換素子２１４と、波長選択素子２１２を基本波光Ｌ１の光軸方向に移動させる位置制御装置２１５を有する。位置制御装置２１５による波長選択素子２１２の移動によって、第２高調波及び広帯域化したままの基本波光Ｌ１のいずれかが出力装置２０から選択的に出力される。なお、レンズ２１３は、波長選択素子２１２から放射された基本波光Ｌ１を波長変換素子２１４に入射させるためのレンズである。

0014

波長選択素子２１２は、入射された基本波光Ｌ１の集光位置が内部の所定の位置と一致した場合に、広帯域化した基本波光Ｌ１を単一周波数に固定して外部に放射する。波長選択素子２１２には、特定の波長の光のみを反射する体積型ホログラフィックグレーディング素子（ＶＨＧ）などが採用可能である。

0015

具体的には、位置制御装置２１５が基本波光Ｌ１の光軸方向に沿って波長選択素子２１２を移動させることにより、波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とを一致させる。これにより、出力装置２０内を伝搬する基本波光Ｌ１は単一周波数に固定される。例えば、９８０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を含む基本波光Ｌ１を波長１０６４ｎｍに固定する波長選択素子２１２を用意する。なお、波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とが一致しない場合には、波長選択素子２１２から広帯域化したままの基本波光Ｌ１が出力される。

0016

波長変換素子２１４は、周波数が固定された基本波光Ｌ１の第２高調波を生成する。生成された第２高調波は、波長変換素子２１４から出力装置２０の外部に出力光Ｌ２として出力される。例えば、波長１０６４ｎｍに固定された基本波光Ｌ１が入射した場合に、波長５３２ｎｍの第２高調波を生成する波長変換素子２１４を用意する。波長変換素子２１４は、例えば周期分極反転素子である。

0017

一方、広帯域化した基本波光Ｌ１が波長変換素子２１４に入射した場合、波長変換素子２１４は基本波光Ｌ１の第２高調波を生成することなく、広帯域化したままの基本波光Ｌ１が、波長変換素子２１４から出力装置２０の外部に出力光Ｌ２として出力される。

0018

したがって、図１に示したレーザ装置１によれば、波長選択素子２１２の位置を基本波光Ｌ１の光軸方向に沿って移動させることにより、広帯域化した光と、基本波光Ｌ１を波長変換して得られる第２高調波のいずれかを、出力光Ｌ２として出力できる。つまり、波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とを一致させることによって、レーザ装置１は単一周波数の出力光Ｌ２を出力する。一方、波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とが一致しない場合には、レーザ装置１は広帯域化した出力光Ｌ２を出力する。

0019

例えば、可視域の単一周波数の光を出力する記録用光源としてレーザ装置１を使用する場合には、位置制御装置２１５が基本波光Ｌ１の光軸方向に沿って波長選択素子２１２を移動させて、波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とを一致させる。このとき、上記に説明したように、例えば基本波光Ｌ１が赤外領域の９８０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を含む場合に、レーザ装置１は波長５３２ｎｍの緑色光を出力光Ｌ２として出力できる。

0020

一方、広帯域化した光を出力する読み出し用光源としてレーザ装置１を使用する場合には、波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とを一致させなければよい。具体的には、位置制御装置２１５によって、基本波光Ｌ１が単一周波数に固定されて放射される位置から、基本波光Ｌ１の光軸方向に沿って波長選択素子２１２を数ｍｍ程度移動させる。このとき、レーザ装置１は、例えば９８０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を含む広帯域化した基本波光Ｌ１を出力光Ｌ２として出力する。

0021

上記のように、図１に示したレーザ装置１は、可視域の単一周波数の出力光Ｌ２、及び広帯域化した赤外領域の波長を有する出力光Ｌ２のいずれかを選択的に出力できる。

0022

以上に説明したように、第１の実施形態に係るレーザ装置１によれば、基本波光Ｌ１の光軸方向に沿って波長選択素子２１２の位置を移動させることにより、単一周波数の光と広帯域化した光のいずれかを選択的に出力できる。その結果、光学系の複雑化を抑制しつつ、記録媒体からのホログラム情報の読み出し効率が高く、小型化が可能なレーザ装置１を実現することができる。

0023

図２に、図１に示したレーザ装置１の変形例を示す。図２に示したレーザ装置１の位置制御装置２１５は、出力装置２０から出力される出力光Ｌ２をモニタして、例えば出力光Ｌ２が単一周波数の第２高調波であるように波長選択素子２１２の位置を変化させる。つまり、図２に示したレーザ装置１は、波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とが一致するように、波長選択素子２１２の位置を自動で調整できる。

0024

また、図２に示したレーザ装置１によれば、リアルタイムで出力光Ｌ２をモニタすることにより、例えば外的要因などによって波長選択素子２１２内部の所定の位置と基本波光Ｌ１の集光位置とが一致しなくなった場合などに、出力光Ｌ２の変化に応じて、出力光Ｌ２が単一周波数の光であるように波長選択素子２１２の位置を自動で調整できる。

0025

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置１は、図３に示すように、出力装置２０が、基本波光Ｌ１の偏光方向を設定する偏光方向設定素子２２２と、偏光方向設定素子２２２を通過した基本波光Ｌ１が入射する偏光ビームスプリッター２２３と、偏光ビームスプリッター２２３を透過した基本波光Ｌ１を単一周波数に固定する波長選択素子２２４と、波長選択素子２２４によって周波数が固定された基本波光Ｌ１の第２高調波を生成する波長変換素子２２７とを備える。

0026

偏光方向設定素子２２２は、例えばλ／２波長板である。λ／２波長板を基本波光Ｌ１の光軸方向を中心軸として回転させることにより、基本波光Ｌ１の偏光方向を所望の方向に変更することができる。

0027

偏光ビームスプリッター２２３は、偏光方向設定素子２２２により設定された基本波光Ｌ１の偏光方向が所定の方向である場合には基本波光Ｌ１を透過させ、他の方向である場合には基本波光Ｌ１を反射する。

0028

図３に示した出力装置２０の内部では、偏光方向設定素子２２２を通過した基本波光Ｌ１の偏光方向に依存して、基本波光Ｌ１が通過する光路が異なる。

0029

基本波光Ｌ１が偏光ビームスプリッター２２３で反射された場合には、基本波光Ｌ１は、第１のレンズ２２１、偏光方向設定素子２２２、偏光ビームスプリッター２２３、及び偏光ビームスプリッター２２８を有する第１の光路Ｒ１を通過する。第１のレンズ２２１は、光源１０から出射された基本波光Ｌ１を偏光方向設定素子２２２に入射させるためのレンズである。第１のレンズ２２１は、基本波光Ｌ１をコリメート又は集光する。また、偏光ビームスプリッター２２８は偏光ビームスプリッター２２３と同様の特性を有する。このため、基本波光Ｌ１は、偏光ビームスプリッター２２８で反射される。したがって、基本波光Ｌ１が第１の光路Ｒ１を通過する場合には、広帯域化した基本波光Ｌ１が、出力光Ｌ２として出力装置２０から出力される。

0030

一方、基本波光Ｌ１が偏光ビームスプリッター２２３を透過する場合には、基本波光Ｌ１は、第１のレンズ２２１、偏光方向設定素子２２２、偏光ビームスプリッター２２３、波長選択素子２２４、反射板２２５、第２のレンズ２２６、波長変換素子２２７、及び偏光ビームスプリッター２２８を有する第２の光路Ｒ２を通過する。基本波光Ｌ１が第２の光路Ｒ２を通過する場合には、以下のように、単一周波数に固定された基本波光Ｌ１を波長変換して得られる第２高調波が、出力光Ｌ２として出力装置２０から出力される。

0031

即ち、偏光ビームスプリッター２２３を透過した基本波光Ｌ１は、波長選択素子２２４によって単一周波数に固定して放射される。波長選択素子２２４には、例えば体積型ホログラフィックグレーディング素子（ＶＨＧ）が採用可能である。周波数が固定された基本波光Ｌ１は、反射板２２５で反射されて進行方向が変化し、波長変換素子２２７に入射する。第２のレンズ２２６は、波長変換素子２２７に基本波光Ｌ１を入射するためのレンズである。波長変換素子２２７は、入射された基本波光Ｌ１の第２高調波を生成する。波長変換素子２２７は、例えば非線形波長変換素子である。

0032

波長変換素子２２７によって生成された基本波光Ｌ１の第２高調波は、偏光ビームスプリッター２２８に入射する。基本波光Ｌ１の第２高調波の偏光方向は基本波光Ｌ１と同じであるため、第２高調波は偏光ビームスプリッター２２８を透過して、出力光Ｌ２として出力装置２０から出力される。

0033

以上に説明したように、図３に示したレーザ装置１では、基本波光Ｌ１を出力装置２０内の第１の光路Ｒ１と第２の光路Ｒ２のいずれかを通過させることにより、単一周波数の光と広帯域化した光のいずれかが選択的に出力される。基本波光Ｌ１が第１の光路Ｒ１と第２の光路Ｒ２のいずれを通過するかは、偏光方向設定素子２２２によって基本波光Ｌ１の偏光方向をどの方向に設定するかにより決定できる。例えば、偏光方向設定素子２２２として使用するλ／２波長板を、基本波光Ｌ１の光軸方向を中心軸として回転させることにより、基本波光Ｌ１が第１の光路Ｒ１と第２の光路Ｒ２のいずれを通過するかが決定される。

0034

つまり、レーザ装置１から広帯域化した光を出力させる場合には、基本波光Ｌ１が偏光ビームスプリッター２２３で反射されて第１の光路Ｒ１を通過するように、偏光方向設定素子２２２によって基本波光Ｌ１の偏光方向を設定する。一方、レーザ装置１から単一周波数の第２高調波を出力させる場合には、基本波光Ｌ１が偏光ビームスプリッター２２３を透過して第２の光路Ｒ２を通過するように、偏光方向設定素子２２２によって基本波光Ｌ１の偏光方向を設定する。

0035

例えば、９８０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を含む基本波光Ｌ１を波長１０６４ｎｍに固定する波長選択素子２１２、及び波長１０６４ｎｍの基本波光Ｌ１を波長５３２ｎｍの第２高調波に変換する波長変換素子２１４を出力装置２０内部に配置する。基本波光Ｌ１が第２の光路Ｒ２を通過する場合、波長選択素子２１２によって波長１０６４ｎｍに固定された基本波光Ｌ１が波長変換素子２１４に入射する。そして、波長変換素子２１４によって波長５３２ｎｍの第２高調波が生成される。その結果、波長変換素子２１４によって生成された波長５３２ｎｍの単一周波数の緑色光が出力装置２０から出力される。

0036

上記のように、図３に示したレーザ装置１は、可視域の単一周波数の出力光Ｌ２、及び広帯域化した赤外領域の波長を有する出力光Ｌ２のいずれかを選択的に出力できる。

0037

なお、図３に示した例では、反射板２２５及び偏光ビームスプリッター２２８を配置することにより、レーザ装置１から単一周波数の光を出力させる場合と広帯域化した光を出力させる場合とで、出力光Ｌ２の光軸を一致させることができる。

0038

以上に説明したように、第２の実施形態に係るレーザ装置１によれば、出力装置２０内部における基本波光Ｌ１の光路を切り替えることにより、単一周波数の光と広帯域化した光のいずれかを選択的に出力できる。その結果、光学系の複雑化を抑制しつつ、記録媒体からのホログラム情報の読み出し効率が高く、小型化が可能なレーザ装置１を実現することができる。

0039

上記のように、本発明は第１及び第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

0040

１…レーザ装置
１０…光源
２０…出力装置
２１１…集光レンズ
２１２…波長選択素子
２１３…レンズ
２１４…波長変換素子
２１５…位置制御装置
２２１…第１のレンズ
２２２…偏光方向設定素子
２２３、２２８…偏光ビームスプリッター
２２４…波長選択素子
２２５…反射板
２２６…第２のレンズ
２２７…波長変換素子