波长可变光源的制作方法_3

文档序号:9693499阅读:来源:国知局
2滤光器FP2的透过波长λρ2不相同的话即可,所以第1激光媒介物Ml即使是在区间Zlb(tl?t2)以及区间Z3a(t3?t4)也会以第1滤光器FP1的透过波长λρ?进行继续振荡。因此,从输入控制信号到结束第2驱动机构Α2的移动即使需要规定的时间也能够维持第1振荡状态。
[0078]如果高速实行另一方的第2反射镜S2b的第1状态和第2状态的切换动作的话则第2驱动机构A2即使由谐振频率成分而将控制信号固定在一定电压(VI,V2)也不会瞬时停止,并且会有发生噪音(ringing)等情况。但是,另一方的第2反射镜S2b的移动距离为相当于在法布里-珀罗干涉滤光器上的滤光器半值宽度数倍的波长分(例如lnm)。因此,控制信号的振幅(电压幅度)仅一点,并且因为也可以光滑地进行动作所以能够顺畅无损地实行第1激光媒介物Ml与第2激光媒介物M2的振荡切换。
[0079]理想地来说第1滤光器FP1的第1间隙G1与第1驱动机构A1的动作位置成比例地进行变化,第1滤光器FP1的透过波长λρ?也相对于第1间隙G1直线性地进行变化。但是,在将静电致动器等用于第1驱动机构Α1的情况下,致动器的动作位置相对于驱动电压不是直线性的。例如,梳齿型的静电致动器其动作位置与驱动电压的二次方成比例。平行平板型的静电致动器其动作位置与驱动电压的关系更加复杂。对于电压施加后的静电致动器的动作来说会发生对应于致动器的电时间常数或机械时间常数的时间延迟。第1驱动机构Α1和第2驱动机构Α2只要是不同的构成要素则会存在由于制造误差而引起的个体误差。因此,在事前要取得为了校准第1滤光器FP1和第2滤光器FP2各自的动作位置与驱动电压的关系的数据。于是,就可以一面使用校正数据来补正动作位置与驱动电压的关系一面进行动作。
[0080]还有,各个反射镜的驱动频率如果是数10?数100Hz的程度的话则电路性地来说不是比较高速的处理。因此,能够没有补正地协调第1滤光器FP1和第2滤光器FP2来进行动作。
[0081]可是,在具有第1光共振器R1和第2光共振器R2的结构中,会有在从第1激光媒介物Ml向第2激光媒介物M2切换的时候或者在从第2激光媒介物M2向第1激光媒介物Ml切换的时候来自波长可变光源1A的出射光Lout的光强度变得不连续的情况。
[0082]作为使该光强度的不连续性产生的一个主要原因可以列举为第1激光媒介物Ml与第2激光媒介物M2的增益的差异。出射光Lout因为没有第1滤光器FP1的透过波长λρ 1的半值宽度以外的出射,所以具有半值宽度内的波长的出射光Lout被出射。但是,在增益在第1激光媒介物Ml和第2激光媒介物M2上有所不同的情况下恐怕出射光Lout的光强度会发生急剧变化。作为该问题的对策是一种以预先评价第1激光媒介物Ml的增益和第2激光媒介物M2的增益并且平均地成为相同增益的形式分别调整向第1激光媒介物Ml施加的电流量和向第2激光媒介物M2施加的电流量的方法。
[0083]以下是研究探讨发生光强度的不连续性的别的主要原因。例如,在第1激光媒介物Ml进行振荡的第1振荡状态时,第2激光媒介物M2尽管持续注入电流但是仍然不振荡。因此,在第1振荡状态下变得能量被储存于第2激光媒介物M2内。于是,在振荡刚从第1激光媒介物Ml被切换到第2激光媒介物M2之后即在第2激光媒介物M2的最初的振荡的时候被储存的能量急剧放出并发生峰值(尖头值)高的脉冲。该现象是一种与所谓Q开关的原理相同的现象。在发生该脉冲的情况下,恐怕在利用了波长可变光源1A的测定仪中可能会发生检测器侧的饱和现象并且变得妨碍测定。
[0084]如图1所示,波长可变光源1A具备第3光共振器R3。第3光共振器R3抑制使光强度的不连续性发生的脉冲。第3光共振器R3具有2个形态。第1形态的第3光共振器R3a具有第1激光媒介物Ml、全反射镜K1A、半反射镜K3、第3法布里-珀罗干涉滤光器FP3(以下称之为“第3滤光器FP3”)。第2形态的第3光共振器R3b具有第2激光媒介物M2、全反射镜K1B、半反射镜K3、第3滤光器FP3。
[0085]第3滤光器FP3是一种具有与第1滤光器FP1相同结构的波长选择滤光器。第3滤光器FP3被配置于透过第2滤光器FP2的第1光路0P1以及在第2滤光器FP2上被反射的第2光路0P2上。第3滤光器FP3是以第2滤光器FP2位于第2激光媒介物M2与第3滤光器FP3之间的形式被配置的。第3滤光器FP3具有一对第3反射镜S3a,S3b。第3滤光器FP3的一方的第3反射镜S3a被连接于第1驱动机构A1。因此,第3反射镜S3a与第1反射镜Sla和第2反射镜S2a—起联动并进行动作。另一方第3反射镜S3b被固定于固定位置。
[0086]还有,也可以将别的驱动机构(没有图示)安装于第1滤光器FP1的另一方的第1反射镜Sib或者第3滤光器FP3的另一方的第3反射镜S3b。以第3滤光器FP3的第3间隙G3成为与第1滤光器FP1的第1间隙G1相等的形式调整第1反射镜Sib或者第3反射镜S3b的初期位置。根据该结构,则即使是第1滤光器FP1和第3滤光器FP3由于制造误差等而为不完全相同的结构的情况也能够高精度地使第1滤光器FP1和第3滤光器FP3的动作同步。
[0087]半反射镜K3被配置于第1光路0P1以及第2光路0P2上。在第2滤光器FP2与半反射镜K3之间配置第3滤光器FP3。半反射镜K3是全反射镜或者是半反射镜。半反射镜K3的反射率如果在激光振荡中具有充分的反射率的话即可。能够将使用了硅等折射率高的物质的反射镜用于半反射镜K3。如果是使用了作为折射率高的物质的硅的情况则能够以端面菲涅尔反射来反射30%的程度,并且因为波长依存性基本上没有,所以适宜于半反射镜K3。
[0088]以下是就由第3光共振器R3起到的脉冲抑制作用进行说明。如图3(b)所示,在使用第3光共振器R3来抑制脉冲的情况下部分性地使第1激光媒介物Ml的第1波长带宽B1与第2激光媒介物M2的第2波长带宽B2重叠。这就是顺畅地实行波长切换的原因所在。该重复带宽Β?(λ2-1?λ1-2)是第1激光媒介物Ml以及第2激光媒介物M2档中的任一个媒介物也为能够获得增益的状态(即振荡可能的状态)。
[0089]接着,就从第1激光媒介物Ml向第2激光媒介物M2切换进行振荡的激光媒介物的情况下的动作作如下说明。如图7(a)所示,在第1激光媒介物Ml进行振荡的第1振荡状态下,第2激光媒介物M2的第2光L2在第2滤光器FP2上被反射并入射到第3滤光器FP3。在第1滤光器FP1的透过波长λρ?为λ?-??λ2-1的时候[图3(b)的区间W1],第3滤光器FP3的透过波长λρ3也为λ?-??λ2-1。第2光L2因为不包含λ?-??λ2-1的波长的光,所以全部被反射。接着,如果第1滤光器FP1的透过波长λρ?发生变化并成为重复带宽BD内[图3(b)的区间W2]的波长的话则第3滤光器FP3的透过波长λρ3也成为重复带宽BD内[图3(b)的区间W2]的波长。这样的话则包含于第2光L2中的透过波长λρ?的光成为透过第2滤光器FP3那样并且在半反射镜K3上被反射,从而追寻着相反的路径而到达全反射镜Κ1Β。因此,在全反射镜Κ1Β与半反射镜Κ3之间形成光路。而且,透过波长λρ?因为是在第2激光媒介物M2的增益带宽内,所以形成第3光共振器R3b并且储存于第2激光媒介物M2的能量被解放。
[0090]接着,就从第2激光媒介物M2向第1激光媒介物Ml切换进行振荡的激光媒介物的情况下的动作作如下说明。如图7(b)所示,在第2激光媒介物M2进行振荡的第2振荡状态下,第1激光媒介物Ml的第1光L1在第2滤光器FP2上被反射。在第1滤光器FP1的透过波长λρ?为λ?-2?λ2-2的时候[图3(b)的区间W3],第2滤光器FP2的透过波长λρ2也为λ1-2?λ2-2。第1光L1因为不包含λ1_2?λ2-2的波长的光,所以全部被反射。接着,如果第1滤光器FP1的透过波长λρ?发生变化并成为重复带宽BD内[图3(b)的区间W2]的波长的话则在第1光L1中的透过波长λρ?的光透过第2滤光器FP2和第3滤光器FP3之后在半反射镜Κ3上被反射,从而追寻着相反的路径而到达全反射镜Κ1Α。因此,在全反射镜Κ1Α与半反射镜Κ3之间形成光路。而且,透过波长λρ?因为是在第1激光媒介物Ml的增益带宽内,所以形成第3光共振器R3a并且储存于第1激光媒介物Ml的能量被解放。
[0091]如以上所述,在切换激光媒介物之前一些时候即在部分重叠的重复带宽BD即使是非振荡侧的激光媒介物也开始振荡。就第3光共振器R3a以及第3光共振器R3b上的振荡而言,振荡的光即使峰值高的脉冲进行了振荡也不会被取出至出射侧。
[0092]以下是就波长可变光源1A的作用效果进行说明。
[0093]为了使被用于波长可变光源的半导体激光元件进行激光振荡而有必要形成电子直接迀移到激光媒介物内的能级。为了高效率地使半导体激光元件进行振荡而以激光媒介物所具有的能级数变少的形式进行晶体生长。另外,能级数少的激光媒介物因为振荡波长被限定所以作为被用于波长可变光源的激光媒介物是不适当的。因此,波长可变光源用的激光媒介物是通过以增加杂质等而存在于结晶内的能级数增加的形式做到的晶体生长来制造的。根据该晶体生长,会增加晶体缺陷,不能无限制地增加振荡幅度。因此,对于以单一激光媒介物来扩大波长可变幅度的方法来说是有界限的。
[0094]在光谱分析中,在可变波长带宽为狭窄的情况下因为完全覆盖分析对象的波长带宽会变得困难,所以有必要准备多个光源。例如,对于光学相干断层扫描仪(opticalcoherence tomography)来说可变波长宽度决定分辨率。因此,对于光学相干断层扫描仪来说可变波长带宽越宽则分辨率变得越高。在使用多个中心波长不同的光源情况下,由光耦合器和快门切换等方法来对从多个光源出射的光实施合波。例如,如0CT等那样在从一根单模光纤出射光的情况下,用光纤耦合器等来对光实施合波。在此情况下,原理性地发生50%的功率损耗。
[0095]如以上所述,如果打算将波长可变光源适用于各种各样的测量装置,有必要以某种方法来扩大可变波长范围,能够以廉价高效率地扩大可变波长范围的波长可变光源正在被研讨。
[0096]波长可变光源1A具备放大波长带宽互相不同的光的第1激光媒介物Ml和第2激光媒介物M2。波长可变光源1A的出射光Lout的波长带宽BL变成由第1激光媒介物Ml而被放大的第1光L1的第1波长带宽B1与由第2激光媒介物M2而被放大的第2光L2的第2波长带宽B2相加的波长带宽。因此,通过具备放大波长带宽不同的光的第1激光媒介物Ml以及第2激光媒介物M2,从而就能够扩大出射光Lout的波长带宽BL。第1驱动机构A1使一方的第1反射镜Sla和一方的第2反射镜S2a联动而动作,第2驱动机构A2驱动另一方的第2反射镜S2b。根据该结构,则能够时而使第1滤光器FP1的透过波长λρ?与第2滤光器FP2的透过波长λρ2相等时而使它们不同。由第1滤光器FP1的透过波长λρ?与第2滤光器FP2的透过波长λρ2的组合就能够选择性地形成使第1激光媒介物Ml的第1光L1振荡的第1光共振器R1和使第2激光媒介物M2的第2光L2振荡的第2光共振器R2。为此,就能够一边将第1激光媒介物Ml以及第2激光媒介物M2的动作状态保持恒定一边切换进行振荡的第1激光媒介物Ml和第2激光媒介物M2。因此,波长可变光源1A能够随着出射光Lout的光特性稳定化而扩大出射光Lout的波长带宽BL。
[0097]波长可变光源1A因为第1滤光器FP1的透过波长λρ?和第2滤光器FP2的透过波长λΡ2进行周期性变化,所以能够周期性地使波长可变光源1Α的出射光Lout的波长带宽BL进行变化。
[0098]波长可变光源1A的第1反射镜Sla和第2反射镜S2a是以第1驱动机构A1的谐振频率进行动作的。因此,为了以规定振幅来驱动第1反射镜Sla和第2反射镜S2a而必要的能量被抑制,能够以高效率而且以高频来驱动第1反射镜Sla和第2反射镜S2a。
[0099]根据由波长可变光源1A的驱动控制部DC实行的控制,则在第2间隙G2与第1间隙G1不相同的第1状态下,能够使第2滤光器FP2的透过波长λρ2与第1滤光器FP1的透过波长λρ?不同。另外,在第2间隙G2与第1间隙G1相等的第2状态下,能够使第2滤光器FP2的透过波长λρ2与第1滤光器FP1的透过波长λρ?相等。
[0100]波长可变光源1Α具备透镜Ρ1、透镜Ρ2。因此,能够高效率地利用在第1激光媒介Ml上被放大的第1光L1和在第2激光媒介物M2上被放大的第2光L2。
[0101]根据波长可变光源1A,则比由光耦合器的结合构成的光源更加小型化是容易的,并且能够以高速来实现高效率的动作。
[0102]波长可变光源1A通常能够将第1激光媒介物Ml和第2激光媒介物M2设定在通电状态。因此,能够以热稳定的动作状态使第1激光媒介物Ml和第2激光媒介物M2进行动作。再有,出射光Lout从半反射镜K2被出射到相同的光路上。因此,与光纤相结合等的后段的光学设计变得容易。
[0103]波长可变光源1A是一种以第1光共振器R1来使第1光L1进行振荡并且以第2光共振器R2来使第2光L2进行振荡的激光振荡型光源。在此,一面比较具备激光振荡型的波长可变光源1A的分光装置和具备所谓卤素灯的白色光源的分光装置,一面进一步说明波长可变光源1A的作用效果。
[0104]在具备白色光源的分光装置中,将从白色光源出射的光照射于试样,并向分光器引导那个反射光或者透过光。因为在分光器的光入射口提高分辨率,所以使用狭缝来限制光的光斑大小(spot size)。如果由光斑大小的限制的话则会变得损失包含信号成分的光。通过狭缝的光在衍射光栅上被分光,作为每个波长的信号能够由图像传感器的各个像素来进行检测。该信号被信号读出电路读出。被读出的信号由个人电脑等进行处理,处理结果作为光谱图像被显示。
[0105]另外,在具备波长可变光源1A的分光装置中因为分光器或图像传感器是不需要的,所以能够以小型化构成廉价的检测部。在取得光谱信息的情况下,与从个人电脑等输出的控制信号相同步来扫描波长可变光源1A的出射光Lout的波长,并取得每个波长的数据。还有,如果由具备波长可变光源1A的分光装置的话则波长扫描是必要的,但是因为对于分光器的图像传感器上的像素信息的读出来说也需要相同程度的时间,所以没有关于测定时间的优劣。
[0106]再有,在激光振荡型的波长可变光源1Α中,因为注入的能量基本被变化成光,所以与其他方式相比较相对电力利用效率高并且获得高辉度的出射光Lout成为可能。出射光Lout是一种高斯光束的相干光(coherent light)。出射光Lout能够时而向比较宽广的平行校正光
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