光共振器
【課題】本発明の実施形態は、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる光共振器を提供する。
【解決手段】実施形態に係る光共振器は、第１の反射面を有する第１の反射部と、前記第１の反射面に対向する第２の反射面を有する第２の反射部と、前記第１の反射部の前記第１の反射面とは反対側の面に入射させる光を複数の波長成分に分散させる分散部と、を備えている。
【解決手段】実施形態に係る光共振器は、第１の反射面を有する第１の反射部と、前記第１の反射面に対向する第２の反射面を有する第２の反射部と、前記第１の反射部の前記第１の反射面とは反対側の面に入射させる光を複数の波長成分に分散させる分散部と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、光共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
相対して配設された一対の反射部（例えば、反射鏡など）を有する光共振器が知られている。このような光共振器においては、光共振器の内部に入射した光を一対の反射部の間を往復させることで干渉させ、干渉による増幅を行うようにしている。
ここで、広いスペクトル幅と高い増幅率（エンハンス率）とを有する光共振器とすることが望ましいが、一般的には、広いスペクトル幅と高い増幅率とを同時に達成することは二律背反の関係にある。
そのため、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる光共振器の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８６９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる光共振器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る光共振器は、第１の反射面を有する第１の反射部と、前記第１の反射面に対向する第２の反射面を有する第２の反射部と、前記第１の反射部の前記第１の反射面とは反対側の面に入射させる光を複数の波長成分に分散させる分散部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。（ａ）は光共振器の構成を例示するための模式図、（ｂ）はギャップ距離とスペクトル幅と増幅率との関係を例示する模式グラフ図である。
【図２】第２の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。（ａ）は入射させる光Ａ１のビーム径が小さい場合、（ｃ）は入射させる光Ａ２のビーム径が大きい場合である。（ｂ）は（ａ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表し、（ｄ）は（ｃ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表している。
【図３】第１の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図４】分散部の作用を例示するための模式図である。
【図５】第２の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図６】第３の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図７】第４の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図８】第５の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。（ａ）は分散部としてプリズムを用いた場合、（ｂ）は分散部として回折格子を用いた場合である。
【図９】第６の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
まず、本発明者が発明をした過程において検討を加えた比較例に関して例示をする。
図１は、第１の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。また、図１（ａ）は光共振器の構成を例示するための模式図、図１（ｂ）はギャップ距離とスペクトル幅と増幅率との関係を例示する模式グラフ図である。なお、図１（ｂ）中のν１、ν２、ν３のスペクトル幅は異なるものとされており、ν１は０．００４ｃｍ−１、ν２は０．０４ｃｍ−１、ν３は０．４ｃｍ−１の場合である。
【０００８】
図１（ａ）に示すように、光共振器１００には、相対して配設された一対の反射部１０１、１０２が設けられている。
反射部１０１、１０２の反射面１０１ａ、１０２ａは平面となっている。光Ａは光共振器１００に入射させる光、光Ｂは干渉により増幅された光である。ｌはギャップ距離（反射部１０１と反射部１０２との間の距離；共振器長）である。
【０００９】
反射部１０１の反射面１０１ａとは反対側の面に入射した光Ａの一部は光共振器１００の内部に導入される。光共振器１００の内部に導入された光Ａは、反射部１０１と反射部１０２との間を往復することで干渉し、干渉により増幅される。すなわち、反射部１０１、１０２によって光共振器１００の内部に閉じ込められた光Ｂは、光共振器１００の内部において増幅される。
【００１０】
この場合、増幅率Ｅは以下の（１）式で表すことができる。
【数１】
ここで、Ｅは光Ｂの光強度が光Ａの光強度に比べて何倍に増幅されたかを表す増幅率、ｃは光速、ｌはギャップ距離、Δνはスペクトル幅である。
【００１１】
図１（ｂ）、（１）式から分かるように、増幅率Ｅはギャップ距離ｌとスペクトル幅Δνに反比例する。
すなわち、広いスペクトル幅Δνと高い増幅率Ｅとを同時に達成することは二律背反の関係にあることが分かる。
【００１２】
図２は、第２の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。また、図２（ａ）と図２（ｃ）に示す光共振器の構成自体は同じものとされており、図２（ａ）は入射させる光Ａ１のビーム径が小さい場合、図２（ｃ）は入射させる光Ａ２のビーム径が大きい場合である。図２（ａ）中のＢ１は光共振器１１０の内部における光路を表し、図２（ｃ）中のＢ１、Ｂ２は光共振器１１０の内部における光路を表している。図２（ｂ）は図２（ａ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表し、図２（ｄ）は図２（ｃ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表している。
【００１３】
図２（ａ）と図２（ｃ）に示す光共振器１１０は、共焦点共振器である。
図２（ａ）と図２（ｃ）に示すように、光共振器１１０には、相対して配設された一対の反射部１１１、１１２が設けられている。反射部１１１は反射面１１１ａを有し、反射面１１１ａは曲面となっている。反射部１１２は反射面１１２ａを有し、反射面１１２ａは曲面となっている。反射面１１１ａ、１１２ａの曲率半径ｒはギャップ距離ｌａと同じ値とされている。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、反射部１１１、１１２の中心軸１１３（反射面１１１ａの中心と反射面１１２ａの中心とを結ぶ軸）から寸法Ｈ１だけ離れた位置において中心軸１１３と平行に入射した光Ａ１は反射面１１１ａと反射面１１２ａとの間を４回反射して反射面１１１ａにおける入射位置へ戻る。すなわち、中心軸１１３と平行に入射した光Ａ１は光路Ｂ１をｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４の順に辿り反射面１１１ａにおける入射位置へ戻る。
【００１５】
この場合の光路長Ｌは以下の（２）式で表すことができる。
【数２】
（２）式から分かるように、寸法Ｈ１が大きくなると、すなわち、中心軸１１３から離れた位置に入射した光ほど光路長Ｌは短くなる。このように入射位置を変化させれば、光路長Ｌを変化させることができる。そして、光路長Ｌが入射した光の波長の整数倍となるような寸法Ｈ１とすれば、入射した光を干渉させることができるので増幅させることができる。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、入射させる光Ａ１のビーム径が小さい場合、光Ａ１の入射位置のばらつきは小さくなる。すなわち、寸法Ｈ１のばらつきが小さくなるため光路長Ｌをほぼ所定のものとすることができる。そのため、増幅率Ｅを向上させることができる。しかしながら、光路長Ｌの長さがほぼ所定のものとなるので、干渉により増幅させることができる波長の範囲が限られたものとなる。
その結果、図２（ｂ）に示すように、特定の波長の近傍において高い増幅率Ｅを得ることができるが、スペクトル幅Δν１は狭くなる。なお、この様な特性は図１において例示をした光共振器１００の場合も同様である。
【００１７】
一方、図２（ｃ）に示すように、入射させる光Ａ２のビーム径が大きい場合、光Ａ２の入射位置のばらつきは大きくなる。この場合、例えば、図２（ｃ）に示すように、寸法Ｈ１の位置に入射した光Ａ２は光路Ｂ１を辿り反射面１１１ａにおける入射位置へ戻り、寸法Ｈ２の位置に入射した光Ａ２は光路Ｂ２を辿り反射面１１１ａにおける入射位置へ戻ることになる。このように、光路長Ｌの長さにばらつきを持たせることができるので、干渉により増幅させることができる波長の範囲を拡げることができる。そのため、光Ａ２に含まれる各波長成分の光に対応させやすくなる。
【００１８】
しかしながら、入射した光を増幅させる場合、光Ａ２に含まれる各波長成分の光に対応して適切な光路長Ｌがそれぞれ決まるので、総合的に増幅率Ｅが低下することになる。例えば、光路Ｂ１の光路長が所定の波長成分の光の波長の整数倍であり、光路Ｂ２の光路長が所定の波長成分の光の波長の整数倍ではない場合、寸法Ｈ１の位置に入射した所定の波長成分の光を増幅することができても、寸法Ｈ２の位置に入射した所定の波長成分の光を増幅することができない。
その結果、図２（ｄ）に示すように、スペクトル幅Δν２を拡張することができるが、増幅率Ｅが低下してしまうことになる。
【００１９】
[第１の実施形態]
次に、第１の実施形態に係る光共振器について例示する。
図３は、第１の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図３に示すように、光共振器１には、相対して配設された一対の反射部１１（第１の反射部の一例に相当する）、反射部１２（第２の反射部の一例に相当する）と、分散部１４が設けられている。
【００２０】
反射部１１は反射面１１ａ（第１の反射面の一例に相当する）を有し、反射面１１ａは曲面となっている。反射部１２は反射面１１ａに対向する反射面１２ａ（第２の反射面の一例に相当する）を有し、反射面１２ａは曲面となっている。反射面１１ａ、１２ａの曲率半径ｒはギャップ距離ｌａと同じ値とされている。曲率半径ｒとギャップ距離ｌａとを同じ値とすることで、共焦点共振器を形成させることができる。また、反射部１１、１２は、反射面１１ａと反射面１２ａとを対向させるようにして設けられている。この場合、反射面１１ａに入射する位置、すなわち、反射面１１ａとは反対側の面１１ｂに光が入射する位置により、反射面１１ａと反射面１２ａとの間を光が往復することで形成された光路の光路長が変化する。
【００２１】
また、反射部１１、１２の形状は、メニスカス（三日月）形状とすることができる。反射部１１、１２の形状をメニスカス形状とすれば、反射部１１、１２の中心軸１３（反射面１１ａの中心と反射面１２ａの中心とを結ぶ軸）と平行に面１１ｂに入射した光を、中心軸１３と平行に反射面１１ａから出射させることができる。
また、反射部１１、１２の厚み寸法（中心軸１３方向の寸法）は色分散が無視できる程度に薄くすることが好ましい。
【００２２】
反射部１１、１２は、例えば、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＬｉＦ（弗化リチウム）、ＭｇＦ２（弗化マグネシウム）、ＢａＦ２（弗化バリウム）、ＫＲＳ−５（臭沃化タリウム）、ＫＲＳ−６（臭塩化タリウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＫＢｒ（臭化カリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＳｉＯ２（光学ガラス）、Ｃｓｌ（ヨウ化セシウム）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）などから形成され、反射面１１ａ、１２ａには光を反射させる反射コーティングが施されている。また、反射面１１ａ、１２ａの反対側の面１１ｂ、１２ｂには反射を抑制するためのコーティングが施されている。
反射面１２ａの反射コーティングとしては、例えば、金、アルミニウムなどの金属コーティング、または誘電体コーティングなどを例示することができる。反射面１１ａの反射コーティングとしては、例えば、誘電体コーティングなどを例示することができる。
反射を抑制するためのコーティングとしては、例えば、誘電体コーティングなどを例示することができる。
この場合、誘電体コーティングは、膜圧を制御することにより、反射コーティングにも反射を抑制するためのコーティングにも使用することができる。
【００２３】
分散部１４は、反射部１１の反射面１１ａとは反対側の面１１ｂに入射させる光を複数の波長成分に分散させる。また、分散部１４は、出射する光の光軸が中心軸１３と平行となるように光を出射する。そして、分散部１４は、任意の波長成分の光の波長の整数倍の光路長となる位置にその波長成分の光を入射させる。
【００２４】
分散部１４は、透光性材料から形成されている。
分散部１４は、例えば、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＬｉＦ（弗化リチウム）、ＭｇＦ２（弗化マグネシウム）、ＢａＦ２（弗化バリウム）、ＫＲＳ−５（臭沃化タリウム）、ＫＲＳ−６（臭塩化タリウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＫＢｒ（臭化カリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＳｉＯ２（光学ガラス）、Ｃｓｌ（ヨウ化セシウム）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）などから形成され、入射した光を分散させる。
分散部１４は面１４ａと面１４ｂとを有し、面１４ａと面１４ｂとが平行となっている。すなわち、分散部１４は互いに平行な主面（面１４ａ、１４ｂ）を有する板状体とすることができる。
また、分散部１４の少なくとも面１４ａと面１４ｂには反射を抑制するためのコーティングが施されている。また、反射を抑制するためにブリュースタ角で光を入射させるようにすることもできる。
反射を抑制するためのコーティングとしては、例えば、誘電体コーティングなどを例示することができる。
【００２５】
ここで、分散部１４に入射させる光Ａ３に含まれている長波長成分の光をＡ３ａ、短波長成分の光をＡ３ｂとする。また、光Ａ３の光軸と中心軸１３とが同軸となるようにしている。その様にすれば、反射部１１、１２、分散部１４の位置合わせの容易化を図ることができる。例えば、反射部１１、１２の中心軸１３と光Ａ３の光軸との位置合わせを行い、その後、分散部１４を配設するようにすれば、反射部１１、１２、分散部１４の位置合わせを容易に行うことができる。
【００２６】
図３に例示をしたように、長波長成分の光Ａ３ａの屈折角は小さくなり短波長成分の光Ａ３ｂの屈折角は大きくなるので、分散部１４に入射した光Ａ３は分散部１４の内部において分散されることになる。そのため、波長に応じて面１４ｂからの出射位置を異なるものとすることができる。そして、面１４ａと面１４ｂとが平行となっているので、光Ａ３の光軸、長波長成分の光Ａ３ａの光軸、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸が相互に平行となるようにすることができる。
すなわち、分散部１４は、入射した光Ａ３の各波長成分の光の波長に応じて出射位置を変化させるとともに、入射した光Ａ３に平行な各波長成分の光が出射されるようにすることができる。
そのため、各波長成分の光を反射部１１の適切な位置に入射させることができるようになる。
【００２７】
図４は、分散部１４の作用をさらに例示するための模式図である。
ここで、分散部１４の厚み寸法をｄ、屈折率をｎ、入射角をθ、屈折角をΦ、出射位置である中心軸１３からの寸法をＨとする。
この場合、屈折率ｎと波長λとの間には以下の（３）式に表す関係がある。
【数３】
ここで、α、βは分散部１４の材料により規定される係数、λｏ２は吸収端波長である。 そのため、（３）式から分かるように、各波長成分の光の波長に基づいて屈折率ｎを変化させることができる。
【００２８】
また、屈折角Φは以下の（４）式で表すことができる。
【数４】
そのため、（３）式、（４）式から分かるように、各波長成分の光の波長に基づいて屈折角Φを変化させることができる。
【００２９】
そして、寸法Ｈは以下の（５）式で表すことができる。
【数５】
（３）式、（４）式、（５）式から分かるように、各波長成分の光の波長に基づいて寸法Ｈを変化させることができる。すなわち、分散部１４は各波長成分の光の波長に応じて出射位置を異なるものとすることができる。
なお、厚み寸法ｄ、分散部１４の材料により規定される係数α、β、入射角θなどの少なくともいずれかを変化させることで寸法Ｈを変化させることもできる。
この場合、入射角θはブリュースタ角とすることが好ましい。
【００３０】
このように、分散部１４を設けるようにすれば、各波長成分の光を反射部１１の適切な位置に入射させることができるようになる。この場合、（２）式に例示をしたように、光路長Ｌは寸法Ｈにより規定することができる。そのため、入射させる波長成分の光の波長の整数倍の光路長Ｌとなる寸法Ｈの位置にその波長成分の光を入射させることができるようになる。その結果、各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。
【００３１】
次に、光共振器１の作用について例示をする。
【００３２】
図３に示すように、分散部１４の面１４ａに入射した光Ａ３は分散部１４の内部において分散される。この際、長波長成分の光Ａ３ａの屈折角は小さくなり短波長成分の光Ａ３ｂの屈折角は大きくなるので、波長に応じて面１４ｂからの出射位置が異なるものとなる。また、面１４ａと面１４ｂとが平行となっているので、光Ａ３の光軸、長波長成分の光Ａ３ａの光軸、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸が相互に平行となる。
【００３３】
分散部１４から出射した光Ａ３ａは寸法Ｈ１の位置において反射部１１の面１１ｂに入射する。この場合、光Ａ３ａの波長の整数倍の光路長を有する光路Ｂ１が形成される寸法Ｈ１の位置に光Ａ３ａが入射するようにする。面１１ｂに入射した光Ａ３ａは中心軸１３と平行に反射面１１ａから出射され、光路Ｂ１を辿るようにして反射面１１ａにおける入射位置に戻る。そのため、光Ａ３ａが干渉により増幅される。
【００３４】
分散部１４から出射した光Ａ３ｂは寸法Ｈ２の位置において反射部１１の面１１ｂに入射する。この場合、光Ａ３ｂの波長の整数倍の光路長を有する光路Ｂ２が形成される寸法Ｈ２の位置に光Ａ３ｂが入射するようにする。面１１ｂに入射した光Ａ３ｂは中心軸１３と平行に反射面１１ａから出射され、光路Ｂ２を辿るようにして反射面１１ａにおける入射位置に戻る。そのため、光Ａ３ｂが干渉により増幅される。
【００３５】
なお、一例として、光Ａ３ａ、光Ａ３ｂの場合を例示したが光Ａ３に含まれる他の波長成分の光の場合も同様とすることができる。
そのため、各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。
【００３６】
[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態に係る光共振器について例示する。
図５は、第２の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図５に示すように、光共振器２１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４、制御部２２が設けられている。
制御部２２には、駆動部２２ａ、連結部２２ｂ、回転部２２ｃが設けられている。
駆動部２２ａは、例えば、パルスモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。連結部２２ｂの一端は分散部１４に接続され、他端は駆動部２２ａに接続されている。回転部２２ｃは分散部１４に設けられ、回転部２２ｃを中心に分散部１４が回転移動できるようになっている。そして、駆動部２２ａにより連結部２２ｂの位置を変化させることで、回転部２２ｃを中心に分散部１４の位置が回転方向に変化するようになっている。なお、連結部２２ｂや回転部２２ｃは必ずしも必要ではなく、駆動部２２ａにより分散部１４の位置を直接的に変化させるようにすることもできる。
【００３７】
次に、制御部２２の作用についてさらに例示する。
前述した（５）式に示すように、入射角θを変化させることができれば寸法Ｈを制御することができる。
そのため、制御部２２は、分散部１４の位置、または角度を変化させることで入射角θ、ひいては寸法Ｈを制御する。
駆動部２２ａにより連結部２２ｂの位置を変化させることで、回転部２２ｃを中心に分散部１４の位置、または角度を回転方向に変化させる。分散部１４の位置、または角度を回転方向に変化させれば、入射角θを変化させることができるので、前述した（５）式に示すように寸法Ｈを制御することができる。
【００３８】
この場合、光Ａ３に含まれている波長成分の光の波長に基づいて寸法Ｈを制御することができる。すなわち、各波長成分の光が反射部１１の適切な位置に入射するように制御するようにすることができる。
なお、反射部１１、反射部１２、分散部１４の作用に関しては前述した光共振器１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器２１の作用に関する詳細は省略する。
また、一例として、制御モータを用いて分散部１４の位置、または角度を変化させる場合を例示したがこれに限定されるわけではない。分散部１４の位置、または角度を変化させることができる機構を適宜選択することができる。
【００３９】
本実施の形態によれば、各波長成分の光において干渉による増幅をさらに効果的に行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とをさらに図ることができる。
【００４０】
[第３の実施形態]
次に、第３の実施形態に係る光共振器について例示する。
図６は、第３の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図６に示すように、光共振器３１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４、制御部３２が設けられている。
制御部３２には、熱源３２ａ、伝熱部３２ｂが設けられている。
熱源３２ａは、発熱および吸熱の少なくともいずれかを行うものとすることができる。熱源３２ａとしては、例えば、ジュール熱を発生させる発熱体やペルチェ素子などを例示することができる。伝熱部３２ｂの一端は分散部１４に接続され、他端は熱源３２ａに接続されている。伝熱部３２ｂは、金属などの熱伝達率の高い材料から形成されるようにすることができる。そして、熱源３２ａにより伝熱部３２ｂを介して分散部１４の温度を変化させることができるようになっている。なお、伝熱部３２ｂは必ずしも必要ではなく、熱源３２ａにより分散部１４の温度を直接的に変化させるようにすることもできる。
【００４１】
次に、制御部３２の作用についてさらに例示する。
前述した（５）式に示すように、分散部１４の厚み寸法ｄを変化させることができれば寸法Ｈを制御することができる。
そのため、制御部３２は、分散部１４の温度を変化させて熱膨張により厚み寸法ｄ、ひいては寸法Ｈを制御する。
熱源３２ａにより伝熱部３２ｂを介して分散部１４の温度を変化させる。すなわち、熱源３２ａにより伝熱部３２ｂを介して分散部１４の温度を上昇または下降させる。分散部１４の温度が変化すれば、熱膨張により厚み寸法ｄを変化させることができるので、前述した（５）式に示すように寸法Ｈを制御することができる。
【００４２】
この場合、光Ａ３に含まれている波長成分の光の波長に基づいて寸法Ｈを制御することができる。すなわち、各波長成分の光が反射部１１の適切な位置に入射するように制御するようにすることができる。
なお、反射部１１、反射部１２、分散部１４の作用に関しては前述した光共振器１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器３１の作用に関する詳細は省略する。
本実施の形態によれば、各波長成分の光において干渉による増幅をさらに効果的に行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とをさらに図ることができる。
【００４３】
[第４の実施形態]
次に、第４の実施形態に係る光共振器について例示する。
図７は、第４の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図７に示すように、光共振器４１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４、制御部３２、検出部４２が設けられている。
検出部４２は、分散部１４に光Ａ３を入射させる際の反射光Ａ３ｃのスペクトルを検出し、検出されたスペクトルを有する光に対する増幅率が増大するように制御部３２における制御条件を求める。
【００４４】
検出部４２には、相対して配設された一対の反射部４３、反射部４４と、演算部４５が設けられている。
反射部４３は反射部１１と同様とすることができ、反射部４４は反射部１２と同様とすることができる。また、反射部４３、反射部４４の配置は、反射部１１、反射部１２の配置と同様とすることができる。この場合、反射部４３、反射部４４の寸法関係が反射部１１、反射部１２の寸法関係と相似となるようにすることができる。
【００４５】
また、光Ａ３が分散部１４に入射する際に反射された光Ａ３ｃを入射させることができる位置に反射部４３、反射部４４が配設されている。そして、反射部４３、４４の中心軸４６（反射面４３ａの中心と反射面４４ａの中心とを結ぶ軸）と、光Ａ３ｃの光軸とが平行となるようになっている。
演算部４５は、反射部４４から漏れ出た光Ａ３ｄを検出し、制御部３２における制御条件を演算する。
熱源３２ａは、演算部４５により演算された制御条件に基づいて、前述した分散部１４の厚み寸法ｄ、ひいては寸法Ｈを制御する。
【００４６】
次に、検出部４２の作用についてさらに例示する。
光Ａ３が分散部１４に入射する際に反射した光Ａ３ｃは反射部４３に入射する。反射部４３に入射した光Ａ３ｃは、反射面４３ａと反射面４４ａとの間を４回反射して反射面４３ａにおける入射位置へ戻る。この際、寸法Ｈ３により規定された光路長に適合する波長成分の光が増幅される。このように、反射部４３、反射部４４はスペクトルを検出するスペクトルアナライザとしての機能を有する。
【００４７】
そして、演算部４５により反射部４４から漏れ出た光Ａ３ｄを検出する。この場合、反射部４３、反射部４４の寸法関係が反射部１１、反射部１２の寸法関係と相似となっているので、光Ａ３ｄを検出することで反射部１１、反射部１２における増幅の状態を知ることができる。すなわち、反射部１１、反射部１２における増幅率が高くなるほど光Ａ３ｄの強度が高くなる。
【００４８】
そのため、光Ａ３ｄの強度に基づいて制御部３２における制御条件を演算することができる。この場合、光Ａ３ｄの強度と制御部３２における制御条件との相関関係を予め実験やシミュレーションなどにより求めておくようにすることができる。また、寸法Ｈ３を変化させて異なる波長成分の光に関する増幅率をも考慮して制御部３２における制御条件を演算するようにすることもできる。
なお、一例として、図６に示した光共振器３１に検出部４２を追加した場合を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、図５に示した光共振器２１に検出部４２を追加することもできる。
【００４９】
なお、反射部１１、反射部１２、分散部１４、制御部３２の作用に関しては前述した光共振器１、光共振器３１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器４１の作用に関する詳細は省略する。
本実施の形態によれば、各波長成分の光において干渉による増幅をさらに効果的に行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とをさらに図ることができる。
【００５０】
[第５の実施形態]
次に、第５の実施形態に係る光共振器について例示する。
図８は、第５の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。なお、図８（ａ）は分散部５４としてプリズムを用いた場合、図８（ｂ）は分散部６４として回折格子を用いた場合である。
図８（ａ）に示すように、光共振器５１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部５４が設けられている。また、分散部５４は、プリズム５４ａ、５４ｂを備えている。このように、分散部５４としてプリズムを用いるようにすることができる。この場合、分散部５４に入射させる光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となるようにすることができる。また、分散部５４により分散されて出射する長波長成分の光Ａ３ａの光軸と、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸とが中心軸１３と平行となるように、プリズム５４ａ、５４ｂを組み合わせるようにすることができる。
【００５１】
なお、プリズム５４ａ、５４ｂを備える場合を例示したがプリズムの数は適宜変更することができる。例えば、１つのプリズムを設けるようにすることもできるし、３つ以上のプリズムを設けるようにすることもできる。
【００５２】
図８（ｂ）に示すように、光共振器６１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部６４が設けられている。また、分散部６４は回折格子６４ａ、６４ｂを備えている。このように、分散部６４として回折格子を用いるようにすることができる。この場合、分散部６４に入射させる光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となるようにすることができる。また、分散部６４により分散されて出射する長波長成分の光Ａ３ａの光軸と、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸とが中心軸１３と平行となるように、回折格子６４ａ、６４ｂを組み合わせるようにすることができる。
【００５３】
なお、回折格子６４ａ、６４ｂを備える場合を例示したが回折格子の数は適宜変更することができる。例えば、１つの回折格子を設けるようにすることもできるし、３つ以上の回折格子を設けるようにすることもできる。
【００５４】
図３、図８（ａ）に例示をしたものは分散部を透過させることで入射光を分散させる場合であるが、図８（ｂ）に例示をしたものは分散部により入射光を反射させることで入射光を分散させる場合である。
また、前述した制御部２２、制御部３２、検出部４２などを適宜設けるようにすることもできる。
なお、反射部１１、反射部１２の作用に関しては前述した光共振器１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器５１、光共振器６１の作用に関する詳細は省略する。
【００５５】
本実施の形態に係る光共振器５１、光共振器６１の場合にも各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。
【００５６】
[第６の実施形態]
次に、第６の実施形態に係る光共振器について例示する。
図９は、第６の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図９に示すように、光共振器１ａには、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４が設けられている。すなわち、光共振器１ａの構成は図３において例示をした光共振器１の構成と同様とすることができる。
ここで、光共振器１ａの場合には、分散部１４に入射させる光Ａ３の光軸の位置が光共振器１とは異なる。
すなわち、光共振器１の場合には光Ａ３の光軸と中心軸１３とを同軸としているが、光共振器１ａの場合には光Ａ３の光軸と中心軸１３とが離隔されるとともに光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となっている。
【００５７】
このようにしても、分散部１４に入射した光Ａ３を分散部１４の内部において分散させることができる。また、分散部１４から出射した長波長成分の光Ａ３ａの光軸、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸とが中心軸１３と平行となるようにすることができる。
本実施の形態に係る光共振器１ａの場合にも各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。 なお、図５〜図７に例示をした光共振器の場合にも光Ａ３の光軸と中心軸１３とが離隔されるとともに光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となるようにすることができる。
【００５８】
以上に例示をした実施形態によれば、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる光共振器を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びそれと等価とみなされるものの範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
例えば、光共振器１、光共振器１ａ、光共振器２１、光共振器３１、光共振器４１、光共振器５１、光共振器６１などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 光共振器、１ａ 光共振器、１１ 反射部、１１ａ 反射面、１２ 反射部、１２ａ 反射面、１４ 分散部、２１ 光共振器、２２ 制御部、３１ 光共振器、３２ 制御部、４１ 光共振器、４２ 検出部、４３ 反射部、４４ 反射部、４５ 演算部、５１ 光共振器、５４ 分散部、５４ａ プリズム、５４ｂ プリズム、６１ 光共振器、６４ 分散部、６４ａ 回折格子、６４ｂ 回折格子
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、光共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
相対して配設された一対の反射部（例えば、反射鏡など）を有する光共振器が知られている。このような光共振器においては、光共振器の内部に入射した光を一対の反射部の間を往復させることで干渉させ、干渉による増幅を行うようにしている。
ここで、広いスペクトル幅と高い増幅率（エンハンス率）とを有する光共振器とすることが望ましいが、一般的には、広いスペクトル幅と高い増幅率とを同時に達成することは二律背反の関係にある。
そのため、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる光共振器の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８６９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる光共振器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る光共振器は、第１の反射面を有する第１の反射部と、前記第１の反射面に対向する第２の反射面を有する第２の反射部と、前記第１の反射部の前記第１の反射面とは反対側の面に入射させる光を複数の波長成分に分散させる分散部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。（ａ）は光共振器の構成を例示するための模式図、（ｂ）はギャップ距離とスペクトル幅と増幅率との関係を例示する模式グラフ図である。
【図２】第２の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。（ａ）は入射させる光Ａ１のビーム径が小さい場合、（ｃ）は入射させる光Ａ２のビーム径が大きい場合である。（ｂ）は（ａ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表し、（ｄ）は（ｃ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表している。
【図３】第１の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図４】分散部の作用を例示するための模式図である。
【図５】第２の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図６】第３の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図７】第４の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【図８】第５の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。（ａ）は分散部としてプリズムを用いた場合、（ｂ）は分散部として回折格子を用いた場合である。
【図９】第６の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
まず、本発明者が発明をした過程において検討を加えた比較例に関して例示をする。
図１は、第１の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。また、図１（ａ）は光共振器の構成を例示するための模式図、図１（ｂ）はギャップ距離とスペクトル幅と増幅率との関係を例示する模式グラフ図である。なお、図１（ｂ）中のν１、ν２、ν３のスペクトル幅は異なるものとされており、ν１は０．００４ｃｍ−１、ν２は０．０４ｃｍ−１、ν３は０．４ｃｍ−１の場合である。
【０００８】
図１（ａ）に示すように、光共振器１００には、相対して配設された一対の反射部１０１、１０２が設けられている。
反射部１０１、１０２の反射面１０１ａ、１０２ａは平面となっている。光Ａは光共振器１００に入射させる光、光Ｂは干渉により増幅された光である。ｌはギャップ距離（反射部１０１と反射部１０２との間の距離；共振器長）である。
【０００９】
反射部１０１の反射面１０１ａとは反対側の面に入射した光Ａの一部は光共振器１００の内部に導入される。光共振器１００の内部に導入された光Ａは、反射部１０１と反射部１０２との間を往復することで干渉し、干渉により増幅される。すなわち、反射部１０１、１０２によって光共振器１００の内部に閉じ込められた光Ｂは、光共振器１００の内部において増幅される。
【００１０】
この場合、増幅率Ｅは以下の（１）式で表すことができる。
【数１】
ここで、Ｅは光Ｂの光強度が光Ａの光強度に比べて何倍に増幅されたかを表す増幅率、ｃは光速、ｌはギャップ距離、Δνはスペクトル幅である。
【００１１】
図１（ｂ）、（１）式から分かるように、増幅率Ｅはギャップ距離ｌとスペクトル幅Δνに反比例する。
すなわち、広いスペクトル幅Δνと高い増幅率Ｅとを同時に達成することは二律背反の関係にあることが分かる。
【００１２】
図２は、第２の比較例に係る光共振器について例示するための模式図である。また、図２（ａ）と図２（ｃ）に示す光共振器の構成自体は同じものとされており、図２（ａ）は入射させる光Ａ１のビーム径が小さい場合、図２（ｃ）は入射させる光Ａ２のビーム径が大きい場合である。図２（ａ）中のＢ１は光共振器１１０の内部における光路を表し、図２（ｃ）中のＢ１、Ｂ２は光共振器１１０の内部における光路を表している。図２（ｂ）は図２（ａ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表し、図２（ｄ）は図２（ｃ）の場合におけるスペクトル幅Δνと増幅率Ｅとを表している。
【００１３】
図２（ａ）と図２（ｃ）に示す光共振器１１０は、共焦点共振器である。
図２（ａ）と図２（ｃ）に示すように、光共振器１１０には、相対して配設された一対の反射部１１１、１１２が設けられている。反射部１１１は反射面１１１ａを有し、反射面１１１ａは曲面となっている。反射部１１２は反射面１１２ａを有し、反射面１１２ａは曲面となっている。反射面１１１ａ、１１２ａの曲率半径ｒはギャップ距離ｌａと同じ値とされている。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、反射部１１１、１１２の中心軸１１３（反射面１１１ａの中心と反射面１１２ａの中心とを結ぶ軸）から寸法Ｈ１だけ離れた位置において中心軸１１３と平行に入射した光Ａ１は反射面１１１ａと反射面１１２ａとの間を４回反射して反射面１１１ａにおける入射位置へ戻る。すなわち、中心軸１１３と平行に入射した光Ａ１は光路Ｂ１をｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４の順に辿り反射面１１１ａにおける入射位置へ戻る。
【００１５】
この場合の光路長Ｌは以下の（２）式で表すことができる。
【数２】
（２）式から分かるように、寸法Ｈ１が大きくなると、すなわち、中心軸１１３から離れた位置に入射した光ほど光路長Ｌは短くなる。このように入射位置を変化させれば、光路長Ｌを変化させることができる。そして、光路長Ｌが入射した光の波長の整数倍となるような寸法Ｈ１とすれば、入射した光を干渉させることができるので増幅させることができる。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、入射させる光Ａ１のビーム径が小さい場合、光Ａ１の入射位置のばらつきは小さくなる。すなわち、寸法Ｈ１のばらつきが小さくなるため光路長Ｌをほぼ所定のものとすることができる。そのため、増幅率Ｅを向上させることができる。しかしながら、光路長Ｌの長さがほぼ所定のものとなるので、干渉により増幅させることができる波長の範囲が限られたものとなる。
その結果、図２（ｂ）に示すように、特定の波長の近傍において高い増幅率Ｅを得ることができるが、スペクトル幅Δν１は狭くなる。なお、この様な特性は図１において例示をした光共振器１００の場合も同様である。
【００１７】
一方、図２（ｃ）に示すように、入射させる光Ａ２のビーム径が大きい場合、光Ａ２の入射位置のばらつきは大きくなる。この場合、例えば、図２（ｃ）に示すように、寸法Ｈ１の位置に入射した光Ａ２は光路Ｂ１を辿り反射面１１１ａにおける入射位置へ戻り、寸法Ｈ２の位置に入射した光Ａ２は光路Ｂ２を辿り反射面１１１ａにおける入射位置へ戻ることになる。このように、光路長Ｌの長さにばらつきを持たせることができるので、干渉により増幅させることができる波長の範囲を拡げることができる。そのため、光Ａ２に含まれる各波長成分の光に対応させやすくなる。
【００１８】
しかしながら、入射した光を増幅させる場合、光Ａ２に含まれる各波長成分の光に対応して適切な光路長Ｌがそれぞれ決まるので、総合的に増幅率Ｅが低下することになる。例えば、光路Ｂ１の光路長が所定の波長成分の光の波長の整数倍であり、光路Ｂ２の光路長が所定の波長成分の光の波長の整数倍ではない場合、寸法Ｈ１の位置に入射した所定の波長成分の光を増幅することができても、寸法Ｈ２の位置に入射した所定の波長成分の光を増幅することができない。
その結果、図２（ｄ）に示すように、スペクトル幅Δν２を拡張することができるが、増幅率Ｅが低下してしまうことになる。
【００１９】
[第１の実施形態]
次に、第１の実施形態に係る光共振器について例示する。
図３は、第１の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図３に示すように、光共振器１には、相対して配設された一対の反射部１１（第１の反射部の一例に相当する）、反射部１２（第２の反射部の一例に相当する）と、分散部１４が設けられている。
【００２０】
反射部１１は反射面１１ａ（第１の反射面の一例に相当する）を有し、反射面１１ａは曲面となっている。反射部１２は反射面１１ａに対向する反射面１２ａ（第２の反射面の一例に相当する）を有し、反射面１２ａは曲面となっている。反射面１１ａ、１２ａの曲率半径ｒはギャップ距離ｌａと同じ値とされている。曲率半径ｒとギャップ距離ｌａとを同じ値とすることで、共焦点共振器を形成させることができる。また、反射部１１、１２は、反射面１１ａと反射面１２ａとを対向させるようにして設けられている。この場合、反射面１１ａに入射する位置、すなわち、反射面１１ａとは反対側の面１１ｂに光が入射する位置により、反射面１１ａと反射面１２ａとの間を光が往復することで形成された光路の光路長が変化する。
【００２１】
また、反射部１１、１２の形状は、メニスカス（三日月）形状とすることができる。反射部１１、１２の形状をメニスカス形状とすれば、反射部１１、１２の中心軸１３（反射面１１ａの中心と反射面１２ａの中心とを結ぶ軸）と平行に面１１ｂに入射した光を、中心軸１３と平行に反射面１１ａから出射させることができる。
また、反射部１１、１２の厚み寸法（中心軸１３方向の寸法）は色分散が無視できる程度に薄くすることが好ましい。
【００２２】
反射部１１、１２は、例えば、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＬｉＦ（弗化リチウム）、ＭｇＦ２（弗化マグネシウム）、ＢａＦ２（弗化バリウム）、ＫＲＳ−５（臭沃化タリウム）、ＫＲＳ−６（臭塩化タリウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＫＢｒ（臭化カリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＳｉＯ２（光学ガラス）、Ｃｓｌ（ヨウ化セシウム）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）などから形成され、反射面１１ａ、１２ａには光を反射させる反射コーティングが施されている。また、反射面１１ａ、１２ａの反対側の面１１ｂ、１２ｂには反射を抑制するためのコーティングが施されている。
反射面１２ａの反射コーティングとしては、例えば、金、アルミニウムなどの金属コーティング、または誘電体コーティングなどを例示することができる。反射面１１ａの反射コーティングとしては、例えば、誘電体コーティングなどを例示することができる。
反射を抑制するためのコーティングとしては、例えば、誘電体コーティングなどを例示することができる。
この場合、誘電体コーティングは、膜圧を制御することにより、反射コーティングにも反射を抑制するためのコーティングにも使用することができる。
【００２３】
分散部１４は、反射部１１の反射面１１ａとは反対側の面１１ｂに入射させる光を複数の波長成分に分散させる。また、分散部１４は、出射する光の光軸が中心軸１３と平行となるように光を出射する。そして、分散部１４は、任意の波長成分の光の波長の整数倍の光路長となる位置にその波長成分の光を入射させる。
【００２４】
分散部１４は、透光性材料から形成されている。
分散部１４は、例えば、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＬｉＦ（弗化リチウム）、ＭｇＦ２（弗化マグネシウム）、ＢａＦ２（弗化バリウム）、ＫＲＳ−５（臭沃化タリウム）、ＫＲＳ−６（臭塩化タリウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＫＢｒ（臭化カリウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＳｉＯ２（光学ガラス）、Ｃｓｌ（ヨウ化セシウム）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）などから形成され、入射した光を分散させる。
分散部１４は面１４ａと面１４ｂとを有し、面１４ａと面１４ｂとが平行となっている。すなわち、分散部１４は互いに平行な主面（面１４ａ、１４ｂ）を有する板状体とすることができる。
また、分散部１４の少なくとも面１４ａと面１４ｂには反射を抑制するためのコーティングが施されている。また、反射を抑制するためにブリュースタ角で光を入射させるようにすることもできる。
反射を抑制するためのコーティングとしては、例えば、誘電体コーティングなどを例示することができる。
【００２５】
ここで、分散部１４に入射させる光Ａ３に含まれている長波長成分の光をＡ３ａ、短波長成分の光をＡ３ｂとする。また、光Ａ３の光軸と中心軸１３とが同軸となるようにしている。その様にすれば、反射部１１、１２、分散部１４の位置合わせの容易化を図ることができる。例えば、反射部１１、１２の中心軸１３と光Ａ３の光軸との位置合わせを行い、その後、分散部１４を配設するようにすれば、反射部１１、１２、分散部１４の位置合わせを容易に行うことができる。
【００２６】
図３に例示をしたように、長波長成分の光Ａ３ａの屈折角は小さくなり短波長成分の光Ａ３ｂの屈折角は大きくなるので、分散部１４に入射した光Ａ３は分散部１４の内部において分散されることになる。そのため、波長に応じて面１４ｂからの出射位置を異なるものとすることができる。そして、面１４ａと面１４ｂとが平行となっているので、光Ａ３の光軸、長波長成分の光Ａ３ａの光軸、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸が相互に平行となるようにすることができる。
すなわち、分散部１４は、入射した光Ａ３の各波長成分の光の波長に応じて出射位置を変化させるとともに、入射した光Ａ３に平行な各波長成分の光が出射されるようにすることができる。
そのため、各波長成分の光を反射部１１の適切な位置に入射させることができるようになる。
【００２７】
図４は、分散部１４の作用をさらに例示するための模式図である。
ここで、分散部１４の厚み寸法をｄ、屈折率をｎ、入射角をθ、屈折角をΦ、出射位置である中心軸１３からの寸法をＨとする。
この場合、屈折率ｎと波長λとの間には以下の（３）式に表す関係がある。
【数３】
ここで、α、βは分散部１４の材料により規定される係数、λｏ２は吸収端波長である。 そのため、（３）式から分かるように、各波長成分の光の波長に基づいて屈折率ｎを変化させることができる。
【００２８】
また、屈折角Φは以下の（４）式で表すことができる。
【数４】
そのため、（３）式、（４）式から分かるように、各波長成分の光の波長に基づいて屈折角Φを変化させることができる。
【００２９】
そして、寸法Ｈは以下の（５）式で表すことができる。
【数５】
（３）式、（４）式、（５）式から分かるように、各波長成分の光の波長に基づいて寸法Ｈを変化させることができる。すなわち、分散部１４は各波長成分の光の波長に応じて出射位置を異なるものとすることができる。
なお、厚み寸法ｄ、分散部１４の材料により規定される係数α、β、入射角θなどの少なくともいずれかを変化させることで寸法Ｈを変化させることもできる。
この場合、入射角θはブリュースタ角とすることが好ましい。
【００３０】
このように、分散部１４を設けるようにすれば、各波長成分の光を反射部１１の適切な位置に入射させることができるようになる。この場合、（２）式に例示をしたように、光路長Ｌは寸法Ｈにより規定することができる。そのため、入射させる波長成分の光の波長の整数倍の光路長Ｌとなる寸法Ｈの位置にその波長成分の光を入射させることができるようになる。その結果、各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。
【００３１】
次に、光共振器１の作用について例示をする。
【００３２】
図３に示すように、分散部１４の面１４ａに入射した光Ａ３は分散部１４の内部において分散される。この際、長波長成分の光Ａ３ａの屈折角は小さくなり短波長成分の光Ａ３ｂの屈折角は大きくなるので、波長に応じて面１４ｂからの出射位置が異なるものとなる。また、面１４ａと面１４ｂとが平行となっているので、光Ａ３の光軸、長波長成分の光Ａ３ａの光軸、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸が相互に平行となる。
【００３３】
分散部１４から出射した光Ａ３ａは寸法Ｈ１の位置において反射部１１の面１１ｂに入射する。この場合、光Ａ３ａの波長の整数倍の光路長を有する光路Ｂ１が形成される寸法Ｈ１の位置に光Ａ３ａが入射するようにする。面１１ｂに入射した光Ａ３ａは中心軸１３と平行に反射面１１ａから出射され、光路Ｂ１を辿るようにして反射面１１ａにおける入射位置に戻る。そのため、光Ａ３ａが干渉により増幅される。
【００３４】
分散部１４から出射した光Ａ３ｂは寸法Ｈ２の位置において反射部１１の面１１ｂに入射する。この場合、光Ａ３ｂの波長の整数倍の光路長を有する光路Ｂ２が形成される寸法Ｈ２の位置に光Ａ３ｂが入射するようにする。面１１ｂに入射した光Ａ３ｂは中心軸１３と平行に反射面１１ａから出射され、光路Ｂ２を辿るようにして反射面１１ａにおける入射位置に戻る。そのため、光Ａ３ｂが干渉により増幅される。
【００３５】
なお、一例として、光Ａ３ａ、光Ａ３ｂの場合を例示したが光Ａ３に含まれる他の波長成分の光の場合も同様とすることができる。
そのため、各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。
【００３６】
[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態に係る光共振器について例示する。
図５は、第２の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図５に示すように、光共振器２１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４、制御部２２が設けられている。
制御部２２には、駆動部２２ａ、連結部２２ｂ、回転部２２ｃが設けられている。
駆動部２２ａは、例えば、パルスモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。連結部２２ｂの一端は分散部１４に接続され、他端は駆動部２２ａに接続されている。回転部２２ｃは分散部１４に設けられ、回転部２２ｃを中心に分散部１４が回転移動できるようになっている。そして、駆動部２２ａにより連結部２２ｂの位置を変化させることで、回転部２２ｃを中心に分散部１４の位置が回転方向に変化するようになっている。なお、連結部２２ｂや回転部２２ｃは必ずしも必要ではなく、駆動部２２ａにより分散部１４の位置を直接的に変化させるようにすることもできる。
【００３７】
次に、制御部２２の作用についてさらに例示する。
前述した（５）式に示すように、入射角θを変化させることができれば寸法Ｈを制御することができる。
そのため、制御部２２は、分散部１４の位置、または角度を変化させることで入射角θ、ひいては寸法Ｈを制御する。
駆動部２２ａにより連結部２２ｂの位置を変化させることで、回転部２２ｃを中心に分散部１４の位置、または角度を回転方向に変化させる。分散部１４の位置、または角度を回転方向に変化させれば、入射角θを変化させることができるので、前述した（５）式に示すように寸法Ｈを制御することができる。
【００３８】
この場合、光Ａ３に含まれている波長成分の光の波長に基づいて寸法Ｈを制御することができる。すなわち、各波長成分の光が反射部１１の適切な位置に入射するように制御するようにすることができる。
なお、反射部１１、反射部１２、分散部１４の作用に関しては前述した光共振器１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器２１の作用に関する詳細は省略する。
また、一例として、制御モータを用いて分散部１４の位置、または角度を変化させる場合を例示したがこれに限定されるわけではない。分散部１４の位置、または角度を変化させることができる機構を適宜選択することができる。
【００３９】
本実施の形態によれば、各波長成分の光において干渉による増幅をさらに効果的に行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とをさらに図ることができる。
【００４０】
[第３の実施形態]
次に、第３の実施形態に係る光共振器について例示する。
図６は、第３の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図６に示すように、光共振器３１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４、制御部３２が設けられている。
制御部３２には、熱源３２ａ、伝熱部３２ｂが設けられている。
熱源３２ａは、発熱および吸熱の少なくともいずれかを行うものとすることができる。熱源３２ａとしては、例えば、ジュール熱を発生させる発熱体やペルチェ素子などを例示することができる。伝熱部３２ｂの一端は分散部１４に接続され、他端は熱源３２ａに接続されている。伝熱部３２ｂは、金属などの熱伝達率の高い材料から形成されるようにすることができる。そして、熱源３２ａにより伝熱部３２ｂを介して分散部１４の温度を変化させることができるようになっている。なお、伝熱部３２ｂは必ずしも必要ではなく、熱源３２ａにより分散部１４の温度を直接的に変化させるようにすることもできる。
【００４１】
次に、制御部３２の作用についてさらに例示する。
前述した（５）式に示すように、分散部１４の厚み寸法ｄを変化させることができれば寸法Ｈを制御することができる。
そのため、制御部３２は、分散部１４の温度を変化させて熱膨張により厚み寸法ｄ、ひいては寸法Ｈを制御する。
熱源３２ａにより伝熱部３２ｂを介して分散部１４の温度を変化させる。すなわち、熱源３２ａにより伝熱部３２ｂを介して分散部１４の温度を上昇または下降させる。分散部１４の温度が変化すれば、熱膨張により厚み寸法ｄを変化させることができるので、前述した（５）式に示すように寸法Ｈを制御することができる。
【００４２】
この場合、光Ａ３に含まれている波長成分の光の波長に基づいて寸法Ｈを制御することができる。すなわち、各波長成分の光が反射部１１の適切な位置に入射するように制御するようにすることができる。
なお、反射部１１、反射部１２、分散部１４の作用に関しては前述した光共振器１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器３１の作用に関する詳細は省略する。
本実施の形態によれば、各波長成分の光において干渉による増幅をさらに効果的に行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とをさらに図ることができる。
【００４３】
[第４の実施形態]
次に、第４の実施形態に係る光共振器について例示する。
図７は、第４の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図７に示すように、光共振器４１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４、制御部３２、検出部４２が設けられている。
検出部４２は、分散部１４に光Ａ３を入射させる際の反射光Ａ３ｃのスペクトルを検出し、検出されたスペクトルを有する光に対する増幅率が増大するように制御部３２における制御条件を求める。
【００４４】
検出部４２には、相対して配設された一対の反射部４３、反射部４４と、演算部４５が設けられている。
反射部４３は反射部１１と同様とすることができ、反射部４４は反射部１２と同様とすることができる。また、反射部４３、反射部４４の配置は、反射部１１、反射部１２の配置と同様とすることができる。この場合、反射部４３、反射部４４の寸法関係が反射部１１、反射部１２の寸法関係と相似となるようにすることができる。
【００４５】
また、光Ａ３が分散部１４に入射する際に反射された光Ａ３ｃを入射させることができる位置に反射部４３、反射部４４が配設されている。そして、反射部４３、４４の中心軸４６（反射面４３ａの中心と反射面４４ａの中心とを結ぶ軸）と、光Ａ３ｃの光軸とが平行となるようになっている。
演算部４５は、反射部４４から漏れ出た光Ａ３ｄを検出し、制御部３２における制御条件を演算する。
熱源３２ａは、演算部４５により演算された制御条件に基づいて、前述した分散部１４の厚み寸法ｄ、ひいては寸法Ｈを制御する。
【００４６】
次に、検出部４２の作用についてさらに例示する。
光Ａ３が分散部１４に入射する際に反射した光Ａ３ｃは反射部４３に入射する。反射部４３に入射した光Ａ３ｃは、反射面４３ａと反射面４４ａとの間を４回反射して反射面４３ａにおける入射位置へ戻る。この際、寸法Ｈ３により規定された光路長に適合する波長成分の光が増幅される。このように、反射部４３、反射部４４はスペクトルを検出するスペクトルアナライザとしての機能を有する。
【００４７】
そして、演算部４５により反射部４４から漏れ出た光Ａ３ｄを検出する。この場合、反射部４３、反射部４４の寸法関係が反射部１１、反射部１２の寸法関係と相似となっているので、光Ａ３ｄを検出することで反射部１１、反射部１２における増幅の状態を知ることができる。すなわち、反射部１１、反射部１２における増幅率が高くなるほど光Ａ３ｄの強度が高くなる。
【００４８】
そのため、光Ａ３ｄの強度に基づいて制御部３２における制御条件を演算することができる。この場合、光Ａ３ｄの強度と制御部３２における制御条件との相関関係を予め実験やシミュレーションなどにより求めておくようにすることができる。また、寸法Ｈ３を変化させて異なる波長成分の光に関する増幅率をも考慮して制御部３２における制御条件を演算するようにすることもできる。
なお、一例として、図６に示した光共振器３１に検出部４２を追加した場合を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、図５に示した光共振器２１に検出部４２を追加することもできる。
【００４９】
なお、反射部１１、反射部１２、分散部１４、制御部３２の作用に関しては前述した光共振器１、光共振器３１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器４１の作用に関する詳細は省略する。
本実施の形態によれば、各波長成分の光において干渉による増幅をさらに効果的に行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とをさらに図ることができる。
【００５０】
[第５の実施形態]
次に、第５の実施形態に係る光共振器について例示する。
図８は、第５の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。なお、図８（ａ）は分散部５４としてプリズムを用いた場合、図８（ｂ）は分散部６４として回折格子を用いた場合である。
図８（ａ）に示すように、光共振器５１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部５４が設けられている。また、分散部５４は、プリズム５４ａ、５４ｂを備えている。このように、分散部５４としてプリズムを用いるようにすることができる。この場合、分散部５４に入射させる光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となるようにすることができる。また、分散部５４により分散されて出射する長波長成分の光Ａ３ａの光軸と、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸とが中心軸１３と平行となるように、プリズム５４ａ、５４ｂを組み合わせるようにすることができる。
【００５１】
なお、プリズム５４ａ、５４ｂを備える場合を例示したがプリズムの数は適宜変更することができる。例えば、１つのプリズムを設けるようにすることもできるし、３つ以上のプリズムを設けるようにすることもできる。
【００５２】
図８（ｂ）に示すように、光共振器６１には、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部６４が設けられている。また、分散部６４は回折格子６４ａ、６４ｂを備えている。このように、分散部６４として回折格子を用いるようにすることができる。この場合、分散部６４に入射させる光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となるようにすることができる。また、分散部６４により分散されて出射する長波長成分の光Ａ３ａの光軸と、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸とが中心軸１３と平行となるように、回折格子６４ａ、６４ｂを組み合わせるようにすることができる。
【００５３】
なお、回折格子６４ａ、６４ｂを備える場合を例示したが回折格子の数は適宜変更することができる。例えば、１つの回折格子を設けるようにすることもできるし、３つ以上の回折格子を設けるようにすることもできる。
【００５４】
図３、図８（ａ）に例示をしたものは分散部を透過させることで入射光を分散させる場合であるが、図８（ｂ）に例示をしたものは分散部により入射光を反射させることで入射光を分散させる場合である。
また、前述した制御部２２、制御部３２、検出部４２などを適宜設けるようにすることもできる。
なお、反射部１１、反射部１２の作用に関しては前述した光共振器１の場合と同様とすることができる。
そのため、光共振器５１、光共振器６１の作用に関する詳細は省略する。
【００５５】
本実施の形態に係る光共振器５１、光共振器６１の場合にも各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。
【００５６】
[第６の実施形態]
次に、第６の実施形態に係る光共振器について例示する。
図９は、第６の実施形態に係る光共振器について例示するための模式図である。
図９に示すように、光共振器１ａには、相対して配設された一対の反射部１１、反射部１２と、分散部１４が設けられている。すなわち、光共振器１ａの構成は図３において例示をした光共振器１の構成と同様とすることができる。
ここで、光共振器１ａの場合には、分散部１４に入射させる光Ａ３の光軸の位置が光共振器１とは異なる。
すなわち、光共振器１の場合には光Ａ３の光軸と中心軸１３とを同軸としているが、光共振器１ａの場合には光Ａ３の光軸と中心軸１３とが離隔されるとともに光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となっている。
【００５７】
このようにしても、分散部１４に入射した光Ａ３を分散部１４の内部において分散させることができる。また、分散部１４から出射した長波長成分の光Ａ３ａの光軸、短波長成分の光Ａ３ｂの光軸とが中心軸１３と平行となるようにすることができる。
本実施の形態に係る光共振器１ａの場合にも各波長成分の光において干渉による増幅を行わせることができるので、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる。 なお、図５〜図７に例示をした光共振器の場合にも光Ａ３の光軸と中心軸１３とが離隔されるとともに光Ａ３の光軸と中心軸１３とが平行となるようにすることができる。
【００５８】
以上に例示をした実施形態によれば、スペクトル幅の拡張と増幅率の向上とを図ることができる光共振器を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びそれと等価とみなされるものの範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
例えば、光共振器１、光共振器１ａ、光共振器２１、光共振器３１、光共振器４１、光共振器５１、光共振器６１などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 光共振器、１ａ 光共振器、１１ 反射部、１１ａ 反射面、１２ 反射部、１２ａ 反射面、１４ 分散部、２１ 光共振器、２２ 制御部、３１ 光共振器、３２ 制御部、４１ 光共振器、４２ 検出部、４３ 反射部、４４ 反射部、４５ 演算部、５１ 光共振器、５４ 分散部、５４ａ プリズム、５４ｂ プリズム、６１ 光共振器、６４ 分散部、６４ａ 回折格子、６４ｂ 回折格子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射面を有する第１の反射部と、
前記第１の反射面に対向する第２の反射面を有する第２の反射部と、
前記第１の反射部の前記第１の反射面とは反対側の面に入射させる光を複数の波長成分に分散させる分散部と、
を備えたことを特徴とする光共振器。
【請求項２】
前記第１の反射面と、前記第２の反射面と、は、曲面を有し、
前記第１の反射面とは反対側の面に光が入射する位置により、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間を光が往復することで形成される光路の光路長が変化すること、を特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項３】
前記分散部は、前記波長成分の光の波長の整数倍の光路長となる前記位置に前記波長成分の光を入射させること、を特徴とする請求項２記載の光共振器。
【請求項４】
前記分散部は、出射する光の光軸が前記第１の反射面の中心と前記第２の反射面の中心とを結ぶ軸と平行となるように前記光を出射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光共振器。
【請求項５】
前記分散部は、透光性材料から形成された互いに平行な主面を有する板状体、プリズム、回折格子からなる群より選ばれた１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光共振器。
【請求項６】
前記分散部は、複数のプリズムを有することを特徴とする請求項５記載の光共振器。
【請求項７】
前記分散部は、複数の回折格子を有することを特徴とする請求項５記載の光共振器。
【請求項８】
前記分散部の位置、前記分散部の角度、前記分散部の厚み寸法からなる群より選ばれた少なくとも１つを変化させる制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光共振器。
【請求項９】
前記分散部に光を入射させる際の反射光のスペクトルを検出し、前記検出されたスペクトルを有する光に対する増幅率が増大するように前記制御部における制御条件を求める検出部をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載の光共振器。
【請求項１０】
前記第１の反射部と前記第２の反射部は、それぞれメニスカス形状を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光共振器。
【請求項１】
第１の反射面を有する第１の反射部と、
前記第１の反射面に対向する第２の反射面を有する第２の反射部と、
前記第１の反射部の前記第１の反射面とは反対側の面に入射させる光を複数の波長成分に分散させる分散部と、
を備えたことを特徴とする光共振器。
【請求項２】
前記第１の反射面と、前記第２の反射面と、は、曲面を有し、
前記第１の反射面とは反対側の面に光が入射する位置により、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間を光が往復することで形成される光路の光路長が変化すること、を特徴とする請求項１記載の光共振器。
【請求項３】
前記分散部は、前記波長成分の光の波長の整数倍の光路長となる前記位置に前記波長成分の光を入射させること、を特徴とする請求項２記載の光共振器。
【請求項４】
前記分散部は、出射する光の光軸が前記第１の反射面の中心と前記第２の反射面の中心とを結ぶ軸と平行となるように前記光を出射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光共振器。
【請求項５】
前記分散部は、透光性材料から形成された互いに平行な主面を有する板状体、プリズム、回折格子からなる群より選ばれた１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光共振器。
【請求項６】
前記分散部は、複数のプリズムを有することを特徴とする請求項５記載の光共振器。
【請求項７】
前記分散部は、複数の回折格子を有することを特徴とする請求項５記載の光共振器。
【請求項８】
前記分散部の位置、前記分散部の角度、前記分散部の厚み寸法からなる群より選ばれた少なくとも１つを変化させる制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光共振器。
【請求項９】
前記分散部に光を入射させる際の反射光のスペクトルを検出し、前記検出されたスペクトルを有する光に対する増幅率が増大するように前記制御部における制御条件を求める検出部をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載の光共振器。
【請求項１０】
前記第１の反射部と前記第２の反射部は、それぞれメニスカス形状を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光共振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２８２１６（Ｐ２０１２−１２８２１６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８００９６（Ｐ２０１０−２８００９６）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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