波長掃引光源
【課題】広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能であり、且つ複数の出力光を出射できる波長掃引光源を提供する。
【解決手段】回動ミラー３０の反射面３２ａの角度変化に応じて共振器長を変化させ、半導体発光素子２２が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、半導体発光素子２２から出射された光の一部を回折格子２５の所定入射位置Ｇに向けて反射させるとともに、回折格子２５から逆光路で戻された光の一部を半導体発光素子２２の低反射率面２２ａに向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させるハーフミラー２４０と、回折格子２５から逆光路で戻されてハーフミラー２４０を透過した光を回動ミラー３０に対して非交差となる方向に反射させることにより第１の出力光Ｌ1を外部に出射する第１の出力ミラー２４１を備える。
【解決手段】回動ミラー３０の反射面３２ａの角度変化に応じて共振器長を変化させ、半導体発光素子２２が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、半導体発光素子２２から出射された光の一部を回折格子２５の所定入射位置Ｇに向けて反射させるとともに、回折格子２５から逆光路で戻された光の一部を半導体発光素子２２の低反射率面２２ａに向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させるハーフミラー２４０と、回折格子２５から逆光路で戻されてハーフミラー２４０を透過した光を回動ミラー３０に対して非交差となる方向に反射させることにより第１の出力光Ｌ1を外部に出射する第１の出力ミラー２４１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部共振器型の波長掃引光源に関し、特に、製造が容易で、高速に波長掃引できる波長掃引光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長掃引光源は、光通信回線や光通信機器の試験用の光源あるいはＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサなどの光ファイバセンシング用光源として広く用いられている。現在、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能といった極めて高性能な光源は、リトマン型と呼ばれる外部共振器型の波長掃引光源として実現されている。
【０００３】
このような波長掃引光源の例としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって従来よりも大幅に小型化された回動ミラーを備えた光源が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような波長掃引光源においてモードホップフリーの連続波長掃引を実現するためには、該光源が適用される装置用の少なくとも１つの光出力の他に、その光出力の波長情報をモニタリングするための光出力が別途必要となる。このため、一般に波長掃引光源には複数の出力光を出射可能であることが求められる。
【０００５】
例えば、波長掃引光源内の共振器において共振する光を複数の光出力ポートを介して外部に取り出す方法として、共振器内に光分波器を配置することが従来から行われてきた（例えば、特許文献２参照）。この方法は、従来型のように大型で共振器長が十分に長く、共振器内部に光分波器を配置するための十分なスペースを有する光源では有用な技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０７３８８６号明細書
【特許文献２】特開平９−１０２６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された光源においては、その共振器長が非常に短いため、内部に前述の光分波器を配置する空間的なスペースを確保することは非常に困難である。
【０００８】
ここで、共振器が真空もしくは空気中において構成されている場合を考える。自由空間の屈折率は１であるのに対して、例えば光学ガラスなどは屈折率が１．５程度である。従って、仮に光学ガラス製の光分波器を共振器内に配置できたとしても、共振器長のうち光分波器の長さの１．５倍分の光路長が同光分波器によって占められるため、モードホップフリーの連続波長掃引が保証される共振器長を実現できなくなってしまう。
【０００９】
さらに、このような光源は、小型化を実現するために高密度実装されているため、単に光分波器を配置しただけでは他の光学部品によって光が遮られて、光を外部に出力することができない。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能であり、且つ複数の出力光を出射できる波長掃引光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の波長掃引光源は、基台と、前記基台上に固定され、２つの端面のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子と、前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズと、光を回折するための回折溝が平行に形成されている回折面を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子と、前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラーと、を備え、前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラーを備え、前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、前記回動ミラーは、前記基台に固定されたフレームと、前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部と、で一体的に形成され、前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、さらに、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させる第１の出力ミラーを備え、該第１の出力ミラーから第１の出力光を出射する構成を有している。
【００１２】
この構成により、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能であり、且つ半導体発光素子の他方の端面からの出力光、回折格子の０次回折光に加え、第１の出力ミラーからの第１の出力光を出射することができる。
【００１３】
また、本発明の波長掃引光源は、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させるとともに前記第１の出力ミラーに向かって透過させる第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）を備え、該第ｎの出力ミラーから第ｎの出力光を出射する構成を有している。
【００１４】
この構成により、さらに第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）からの第ｎの出力光を出射することができる。
【００１５】
また、本発明の波長掃引光源は、前記固定ミラーと前記出力ミラーとが一体的に形成されてなる反射部材を備える構成を有していてもよい。
【００１６】
また、本発明の波長掃引光源は、前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回折格子の前記回折溝と平行な方向に反射させるように前記第１の出力ミラーが配置された構成を有していてもよい。
【００１７】
また、本発明の波長掃引光源は、基台と、前記基台上に固定され、２つの端面のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子と、前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズと、光を回折するための回折溝が平行に形成されている回折面を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子と、前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラーと、を備え、前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラーを備え、前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、前記回動ミラーは、前記基台に固定されたフレームと、前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部と、で一体的に形成され、前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を出力光として出射する構成を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能であり、且つ複数の出力光を出射できる波長掃引光源を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源の構成を示す平面図
【図３】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源が備える半導体発光素子の構成を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源が備える回動ミラーの分解斜視図
【図５】駆動信号と波長変化の関係を示すグラフ
【図６】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源が波長を連続的に掃引するための条件を説明するための模式図
【図７】本発明の第２の実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図
【図８】本発明の第３の実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図
【図９】本発明の第３の実施形態の波長掃引光源の要部の構成を示す断面図
【図１０】本発明の第３の実施形態の波長掃引光源の要部の他の構成例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る波長掃引光源の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る波長掃引光源の実施形態について図面を用いて説明する。図１は波長掃引光源２０の斜視図、図２は平面図である。
【００２２】
即ち、波長掃引光源２０は、上面が互いに平行な高段部２１ａと低段部２１ｂとを有する基台２１と、高段部２１ａ上に固定され、２つの端面２２ａ、２２ｂのうち一方の端面２２ａが他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子２２と、半導体発光素子２２の低反射率面２２ａからの出射光を平行光に変換する高段部２１ａ上に固定されたコリメートレンズ２３と、光を回折するための回折溝２５ｂが平行に形成されている回折面２５ａを有し、コリメートレンズ２３から出射された光が、回折溝２５ｂと直交し且つ回折面２５ａに対して非直交となる所定の入射角αで所定入射位置Ｇに入射される状態で基台２１の低段部２１ｂに垂直に固定された回折格子２５と、を備える。
【００２３】
また、波長掃引光源２０は、回折格子２５の回折面２５ａと対向する反射板３２を有し、回折格子２５の回折溝２５ｂと平行な特定位置の軸を中心にして回折面２５ａと直交する平面内で回動可能に形成され、コリメートレンズ２３から出射されて回折格子２５の回折面２５ａに入射した光に対する回折光のうち反射板３２の反射面３２ａに直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で回折格子２５に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路でコリメートレンズ２３を介して半導体発光素子２２へ戻すＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造の回動ミラー３０と、コリメートレンズ２３から出射された平行光を高段部２１ａの上面に垂直な反射面２４０ａで受け、その一部を回折格子２５の回折面２５ａに向けて反射させるとともに、回折格子２５から逆光路で戻された光の一部を半導体発光素子２２の低反射率面２２ａに向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラーとしてのハーフミラー２４０と、を備える。
【００２４】
この回折格子２５の回折面２５ａに対する反射面３２ａの角度を所定角度範囲で周期的に変化させることで、半導体発光素子２２からコリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０の反射面２４０ａおよび回折格子２５の回折面２５ａを経て回動ミラー３０の反射面３２ａに至る共振器長が連続的且つ周期的に変化し、これによって波長掃引光源２０から出射される光の波長も連続的且つ周期的に変化する。
【００２５】
さらに、波長掃引光源２０は、回折格子２５から逆光路で戻されてハーフミラー２４０を透過した光を回動ミラー３０に対して非交差となる方向に反射させることにより、第１の出力光Ｌ1を外部に出射する第１の出力ミラー２４１を備える。
【００２６】
なお、ハーフミラー２４０と第１の出力ミラー２４１との間には、ハーフミラー２４０からの出射光を第１の出力ミラー２４１に向けて透過させるとともに、該出射光を回動ミラー３０に対して非交差となる方向に反射させることにより、第２の出力光Ｌ2および第Ｎの出力光ＬN（Ｎ≧３）（図示せず）を外部に出射する第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）（図示せず）が配置されていてもよい。
【００２７】
なお、ハーフミラー２４０、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）の透過率は、半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、第１の出力光Ｌ1および第ｎの出力光Ｌn（ｎ≧２）のそれぞれについて所望の光強度を得られる値とすればよい。
【００２８】
なお、ハーフミラー２４０から出射され第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２または第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）で反射される光の光路は、波長掃引光源２０の共振器の光路に含まれない。従って、ハーフミラー２４０から第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２または第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）に至る光路長は共振器長と無関係であるため、これらのミラーが他の光学部品と接触しない限り各光路長は任意の長さであってよい。
【００２９】
なお、回動ミラー３０は図示しない回動ミラーホルダに固定され、該回動ミラーホルダは基台２１の低段部２１ｂ上に固定されている。半導体発光素子２２は図示しないチップキャリアに固定され、該チップキャリアが基台２１の高段部２１ａ上に固定されている。また、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）は基台２１の高段部２１ａ上に、回折格子２５は基台２１の低段部２１ｂ上にそれぞれ半田、溶接もしくは接着剤で固定されている。ただし、いずれの場合でも別部材（例えば、レンズの場合であればレンズホルダ）を介して間接的に基台２１に固定してもよい。
【００３０】
半導体発光素子２２は、図３の光の伝搬方向に沿って切断した断面図に示すように、例えば、ｎ型ＩｎＰ（インジウム・リン）からなるｎ型半導体基板１０１の上に、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなる活性層１０２（なお、ここで言う活性層１０２は、ＭＱＷとそれを挟むＳＣＨ層を含む）、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０３、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）からなるコンタクト層１０４が順次積層されて構成される半導体レーザである。
【００３１】
さらに、ｎ型半導体基板１０１の下面には下部電極１０５、コンタクト層１０４上には上部電極１０６が蒸着形成されている。また、既に述べたように２つの端面２２ａ、２２ｂのうちの一方の端面２２ａの反射率が他方の端面２２ｂの反射率より低く形成されている。
【００３２】
回動ミラー３０は、図４の分解斜視図に示すように、導電性を有する基板（例えばシリコン基板）に対するエッチング処理等によって形成され、上板３１ａ、下板３１ｂ、横板３１ｃ、３１ｄで横長矩形枠状に形成されたフレーム３１と、フレーム３１の内側に同心状に配置され、少なくとも一面側に光を反射させるための反射面３２ａが形成された横長矩形の反射板３２と、フレーム３１の上板３１ａ、下板３１ｂの互いに対向する内縁中央から反射板３２の上縁中央および下縁中央まで上下に一直線上に並ぶようにそれぞれ延びてフレーム３１の上板３１ａ、下板３１ｂと反射板３２との間を連結し、捩れ変形して反射板３２を回動させる一対の連結部３３、３４と、を有する。
【００３３】
反射板３２の反射面３２ａとしては、例えば素材表面に対する鏡面仕上げ、高い反射率を示す金属膜の蒸着、あるいは誘電体多層膜で形成することができる。また、回動ミラー３０がレーザ光に対して高い反射率を示す材質である場合には、反射膜や反射シートを設けなくても、その素材表面を反射面とすることができる。
【００３４】
ただし、回動ミラー３０が導電性を持たない場合には、静電駆動力確保のため、ミラー材として導電性の金属膜を蒸着する必要がある。
【００３５】
連結部３３、３４の幅および長さは、連結部３３、３４自体がその長方向に沿って捩じれ変形でき、その変形に対して自ら元の状態に戻るための復帰力を生じるように設定されている。
【００３６】
また、回動ミラー３０のフレーム３１の横板３１ｃ、３１ｄの一方（ここでは横板３１ｃ）の両面には、反射板３２に静電的に外力を与えるための電極板３５、３６がそれぞれ絶縁性を有するスペーサ３７を介して取り付けられている。電極板３５、３６は、反射板３２の一端側（ここでは左端側）の両面にスペーサ３７の厚み分の隙間を開けた状態でオーバラップしている。なお、ここではスペーサ３７を縦長矩形状にしているが、フレーム３１全体の補強のために、スペーサ３７をフレーム３１と重なり合う矩形枠状に形成してもよい。
【００３７】
この回動ミラー３０は、反射板３２の回動中心位置（連結部３３、３４の中心を結ぶ線）が、回折格子２５の回折面２５ａを延長した面上で且つ回折溝２５ｂと平行となる状態で、基台２１上に固定されている。
【００３８】
なお、回動ミラー３０は、電極板３５、３６およびスペーサ３７を含めて上述のようにシリコン基板のエッチング処理等で形成されるが、その製造方法は任意である。
【００３９】
例えば、単層基板で回動ミラー３０のフレーム３１、反射板３２および連結部３３、３４をエッチング形成し、別の基板でスペーサ３７と、電極板３５、３６を形成して、これらを貼り合わせて構成する方法、あるいは、ＳＯＩ基板等の３層基板を用い、その上層基板に、回動ミラー３０のフレーム３１、反射板３２、連結部３３、３４をエッチング形成し、その下層基板にスペーサ３７をエッチング形成し、別の工程で製造された電極板３５を貼り付けて一方の電極を形成すること等、種々の方法で製造可能である。
【００４０】
さらに、回動ミラー３０は、図２に示すように、反射板３２に外力を与え、一対の連結部３３、３４の中心を結ぶ線である上記回動中心位置Ｏを中心に反射板３２を所定角度範囲で往復回動させる回動駆動手段としてのミラー駆動装置４０を有する。
【００４１】
ミラー駆動装置４０は、回動ミラー３０のフレーム３１を基準電位として２つの電極板３５、３６に対して、例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すような位相が１８０度ずれた駆動信号Ｖ１、Ｖ２を印加して、電極板３５、３６と反射板３２の端部との間に静電的な吸引力を交互に生じさせ、反射板３２を往復回動させる。
【００４２】
この駆動信号Ｖ１、Ｖ２の周波数は、回動ミラー３０の反射板３２の形状、重さおよび連結部３３、３４の捩れバネ定数等によって決まる反射板３２の固有振動数に等しくなるように設定されているので、少ない駆動電力で反射板３２を大きな角度で往復回動させることができる。
【００４３】
この反射板３２の往復回動により、波長掃引光源２０内の実効光路長、および、回折格子２５の回折面２５ａに対する反射板３２の反射面３２ａの角度が変化して、半導体発光素子２２から出力されるレーザ光の波長が図５（ｃ）に示すように連続的且つ周期的に変化する。
【００４４】
ただし、この波長掃引光源２０のように、一面側に反射面３２ａが形成されている反射板３２自体を回動させるという単純化された構造の場合、その回動中心は、連結部３３、３４の中心を結ぶ線上、即ち、反射板３２の内部にあって反射面３２ａを延長した面上にはなく、上記の従来のリトマン方式の条件を満たさない。
【００４５】
そこで、この実施形態の波長掃引光源２０では、特許第３０６９６４３号明細書に開示された技術を適用して波長を連続的に可変している。
【００４６】
即ち、波長掃引光源２０は、図６の点線で示すようにハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）（図示せず）を用いずにレーザ光が反射板３２を透過するとした仮想的な配置において、回折格子２５の回折面２５ａを延長した平面をＨ１、半導体発光素子２２の内部の屈折率を考慮した実効共振端面２２ｃを延長した平面をＨ２、反射板３２の反射面３２ａを延長した平面をＨ３とし、反射板３２の回動中心位置Ｏと回折格子２５との間の位置で平面Ｈ１と平面Ｈ３とが交わる場合、回動中心位置Ｏから回折格子２５の所定入射位置Ｇまでの距離をｒ、所定入射位置Ｇから半導体発光素子２２の実効共振端面２２ｃまでの実効光路長をＬ１、回動中心位置Ｏから平面Ｈ３までの距離をＬ２、回折格子２５に対する光の入射角をαとするとき、下の式が成り立つようにすることで、モードホップを発生することなく、シングルモードで波長を連続的に可変できるというものである。
ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／ｓｉｎ α ・・・・・・（１）
【００４７】
ただし、本実施形態のように半導体発光素子２２から回折格子２５に至る光路をハーフミラー２４０を介して折り曲げた場合、所定入射位置Ｇから半導体発光素子２２の実効共振端面２２ｃまでの実効光路長Ｌ１は、半導体発光素子２２の実効共振端面２２ｃとハーフミラー２４０までの光路長Ｌ３と、ハーフミラー２４０から所定入射位置Ｇまでの光路長Ｌ４との和で表わされる（Ｌ１＝Ｌ３＋Ｌ４）。
【００４８】
よって、次の式が成り立つように各部を配置することで、図５（ｃ）に示したようにモードホップのない連続波長掃引が可能となる。
ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ α ・・・・・・（２）
【００４９】
即ち、波長掃引光源２０は、ハーフミラー２４０を介して回折格子２５に光を入射して、半導体発光素子２２、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２、第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）および回折格子２５を反射板３２の一面側に配置させ、反射板３２と光路とを交差させない構成であるため、反射板３２に光通過用の穴などを設ける必要がない。このため、剛性低下による変形が起こらず、薄い板であっても安定で再現性の高い高速な波長掃引を行うことができる。
【００５０】
このように本実施形態の波長掃引光源２０では、反射板３２の反射面３２ａを延長した平面と回折面２５ａを回動中心位置Ｏ方向に延長した面で挟まれた空間内で、且つ回動中心位置Ｏと回折面２５ａの所定入射位置Ｇとの間にハーフミラー２４０を配置し、回動ミラー３０の反射板３２の反射面３２ａを延長した面で区切られてなる２つの空間のうち、回折格子２５が含まれる方の空間に半導体発光素子２２、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）を配置し、半導体発光素子２２からコリメートレンズ２３を介してハーフミラー２４０に光を入射して、その反射光を回折格子２５の回折面２５ａの所定入射位置Ｇに入射している。
【００５１】
このため、光路とは無関係に、反射面３２ａを有する反射板３２自体を往復回動させるという極めて単純な構造で回動ミラーを構成することができ、高速で精度の高い波長可変が行える。
【００５２】
以上のように構成された本実施形態の波長掃引光源２０は、従来の光分波器に代わる光分波手段としてハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）を備えるため、共振器長が非常に短い微小な構造であっても、式（２）を満たすモードホップフリーの波長掃引が可能になるだけでなく、他の光学部品に遮られることなく複数の出力光（半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、回折格子２５の０次回折光としての出力光ＬB、第１の出力ミラー２４１からの第１の出力光Ｌ1、第２の出力ミラー２４２からの第２の出力光Ｌ2および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）からの第Ｎの出力光ＬN）を外部に出射することができる。
【００５３】
また、本実施形態の波長掃引光源２０では、全ての光学部品が固定されているため、外部からの振動などの影響を受けにくく、さらに従来の光源のような複雑なモードホップ抑止の制御手段を用いなくても非常に安定したモードホップフリーの波長掃引を実現することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
本発明に係る波長掃引光源の第２の実施形態について図面を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の波長掃引光源５０は、図７に示すように、ハーフミラー２４０および第１の出力ミラー２４１が一体的に形成されてなる反射部材２４を備える。このような反射部材２４は、例えば互いに平行な２つの端面を有する光学ガラスを準備し、それぞれの端面に誘電体多層膜のコーティングまたはミラーコーティングを施すことにより実現できる。また、反射部材２４の内部にさらに第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）（図示せず）が形成されていてもよい。
【００５６】
なお、ハーフミラー２４０から出射され反射部材２４の内部を透過して第１の出力ミラー２４１で反射される光の光路は波長掃引光源５０の共振器の光路に含まれない。従って、従来の光分波器と異なり、反射部材２４の光導波方向の長さは共振器長と無関係であるため、反射部材２４が他の光学部品と接触しない限り任意の長さであってよい。
【００５７】
以上のように構成された本実施形態の波長掃引光源は、ハーフミラー２４０および第１の出力ミラー２４１が一体的に形成されているため、製造工程における光学部品間の光軸合わせが簡易となる。
【００５８】
（第３の実施形態）
本発明に係る波長掃引光源の第３の実施形態について図面を用いて説明する。第１および第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５９】
第１および第２の実施形態では、ハーフミラー２４０の反射面２４０ａが回折格子２５の回折溝２５ｂと平行で、半導体発光素子２２から、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、回折格子２５を経て反射板３２に至る光路が同一平面上となるように構成されていたが、これは本発明を限定するものではなく、半導体発光素子２２とコリメートレンズ２３は、反射板３２の反射面３２ａを延長した平面で隔成される２つの空間のうち回折格子２５が含まれる方の空間であれば任意の位置に配置することができ、その位置に合わせてハーフミラー２４０の反射面２４０ａの向きを設定すればよい。
【００６０】
例えば、図８およびそのＡ−Ａ線断面図である図９に示すように、半導体発光素子２２とコリメートレンズ２３を、その光軸が回折格子２５の回折溝２５ｂと平行となるよう基台２１に対して上下に並ぶように配置し、コリメートレンズ２３からの光を、基台２１の上面に対して４５度の角度をなすハーフミラー２４０を有する反射部材４４で受けて、回折格子２５の回折面２５ａに入射してもよい。
【００６１】
反射部材４４は、図９に示すように、ハーフミラー２４０と第１の出力ミラー２４１とが互いに９０度の角度をなして交わるように一体的に形成されてなる。
【００６２】
なお、半導体発光素子２２、コリメートレンズ２３および反射部材４４は基台２１上に固定された支持部材４１に支持されている。第１の実施形態と同様に、半導体発光素子２２は図示しないチップキャリアに固定され、該チップキャリアが支持部材４１の側面に固定されている。また、コリメートレンズ２３および反射部材４４は支持部材４１の側面に、回折格子２５は基台２１上にそれぞれ半田、溶接もしくは接着剤で固定されている。ただし、いずれの場合でも別部材（例えば、レンズの場合であればレンズホルダ）を介して間接的に支持部材４１または基台２１に固定してもよい。
【００６３】
支持部材４１および基台２１には第１の出力ミラー２４１からの第１の出力光Ｌ1を外部に出力するための貫通孔４１ａ、２１ｃがそれぞれ形成されている。
【００６４】
以上のように構成された本実施形態の波長掃引光源６０は、従来の光分波器に代えてハーフミラー２４０および第１の出力ミラー２４１を有する反射部材４４を備えるため、他の光学部品に遮られることなく計３個の出力光（半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、回折格子２５の０次回折光としての出力光ＬB、第１の出力ミラー２４１からの第１の出力光Ｌ1）を基台２１に垂直な２方向、基台２１に平行な１方向へ出力することができる。
【００６５】
また、図１０の断面図に示すように、本発明の波長掃引光源は、反射ミラー２４０を有する反射部材５４を備え、回折格子２５から逆光路で戻されてハーフミラー２４０を透過した光Ｌ0を外部に出力するための貫通孔４１ｂが支持部材４１に形成されたものであってもよい。このように構成された波長掃引光源は、他の光学部品に遮られることなく計３個の出力光（半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、回折格子２５の０次回折光としての出力光ＬB、ハーフミラー２４０からの透過光Ｌ0）を基台２１に垂直な１方向、基台２１に平行な２方向へ出力することができる。また、透過光Ｌ0の進行方向、つまり透過光Ｌ0の取り出し方向は、必要に応じて反射板などで任意の方向に変えることもできる。
【符号の説明】
【００６６】
２０、５０、６０ 波長掃引光源
２１ 基台
２１ａ 高段部
２１ｂ 低段部
２２ 半導体発光素子
２２ａ 端面（低反射率面）
２２ｂ 端面
２２ｃ 実効共振端面
２３ コリメートレンズ
２４、４４、５４ 反射部材
２５ 回折格子
２５ａ 回折面
２５ｂ 回折溝
３０ 回動ミラー
３１ フレーム
３２ 反射板
３２ａ 反射面
３３、３４ 連結部
４０ ミラー駆動装置（回動駆動手段）
２４０ ハーフミラー（固定ミラー）
２４０ａ 反射面
２４１ 第１の出力ミラー
２４２ 第２の出力ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部共振器型の波長掃引光源に関し、特に、製造が容易で、高速に波長掃引できる波長掃引光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長掃引光源は、光通信回線や光通信機器の試験用の光源あるいはＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサなどの光ファイバセンシング用光源として広く用いられている。現在、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能といった極めて高性能な光源は、リトマン型と呼ばれる外部共振器型の波長掃引光源として実現されている。
【０００３】
このような波長掃引光源の例としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって従来よりも大幅に小型化された回動ミラーを備えた光源が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような波長掃引光源においてモードホップフリーの連続波長掃引を実現するためには、該光源が適用される装置用の少なくとも１つの光出力の他に、その光出力の波長情報をモニタリングするための光出力が別途必要となる。このため、一般に波長掃引光源には複数の出力光を出射可能であることが求められる。
【０００５】
例えば、波長掃引光源内の共振器において共振する光を複数の光出力ポートを介して外部に取り出す方法として、共振器内に光分波器を配置することが従来から行われてきた（例えば、特許文献２参照）。この方法は、従来型のように大型で共振器長が十分に長く、共振器内部に光分波器を配置するための十分なスペースを有する光源では有用な技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０７３８８６号明細書
【特許文献２】特開平９−１０２６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された光源においては、その共振器長が非常に短いため、内部に前述の光分波器を配置する空間的なスペースを確保することは非常に困難である。
【０００８】
ここで、共振器が真空もしくは空気中において構成されている場合を考える。自由空間の屈折率は１であるのに対して、例えば光学ガラスなどは屈折率が１．５程度である。従って、仮に光学ガラス製の光分波器を共振器内に配置できたとしても、共振器長のうち光分波器の長さの１．５倍分の光路長が同光分波器によって占められるため、モードホップフリーの連続波長掃引が保証される共振器長を実現できなくなってしまう。
【０００９】
さらに、このような光源は、小型化を実現するために高密度実装されているため、単に光分波器を配置しただけでは他の光学部品によって光が遮られて、光を外部に出力することができない。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能であり、且つ複数の出力光を出射できる波長掃引光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の波長掃引光源は、基台と、前記基台上に固定され、２つの端面のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子と、前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズと、光を回折するための回折溝が平行に形成されている回折面を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子と、前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラーと、を備え、前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラーを備え、前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、前記回動ミラーは、前記基台に固定されたフレームと、前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部と、で一体的に形成され、前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、さらに、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させる第１の出力ミラーを備え、該第１の出力ミラーから第１の出力光を出射する構成を有している。
【００１２】
この構成により、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能であり、且つ半導体発光素子の他方の端面からの出力光、回折格子の０次回折光に加え、第１の出力ミラーからの第１の出力光を出射することができる。
【００１３】
また、本発明の波長掃引光源は、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させるとともに前記第１の出力ミラーに向かって透過させる第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）を備え、該第ｎの出力ミラーから第ｎの出力光を出射する構成を有している。
【００１４】
この構成により、さらに第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）からの第ｎの出力光を出射することができる。
【００１５】
また、本発明の波長掃引光源は、前記固定ミラーと前記出力ミラーとが一体的に形成されてなる反射部材を備える構成を有していてもよい。
【００１６】
また、本発明の波長掃引光源は、前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回折格子の前記回折溝と平行な方向に反射させるように前記第１の出力ミラーが配置された構成を有していてもよい。
【００１７】
また、本発明の波長掃引光源は、基台と、前記基台上に固定され、２つの端面のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子と、前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズと、光を回折するための回折溝が平行に形成されている回折面を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子と、前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラーと、を備え、前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラーを備え、前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、前記回動ミラーは、前記基台に固定されたフレームと、前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部と、で一体的に形成され、前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を出力光として出射する構成を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、広い波長範囲に亘ってシングルモードの高速な連続波長掃引が可能であり、且つ複数の出力光を出射できる波長掃引光源を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源の構成を示す平面図
【図３】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源が備える半導体発光素子の構成を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源が備える回動ミラーの分解斜視図
【図５】駆動信号と波長変化の関係を示すグラフ
【図６】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源が波長を連続的に掃引するための条件を説明するための模式図
【図７】本発明の第２の実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図
【図８】本発明の第３の実施形態の波長掃引光源の構成を示す斜視図
【図９】本発明の第３の実施形態の波長掃引光源の要部の構成を示す断面図
【図１０】本発明の第３の実施形態の波長掃引光源の要部の他の構成例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る波長掃引光源の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る波長掃引光源の実施形態について図面を用いて説明する。図１は波長掃引光源２０の斜視図、図２は平面図である。
【００２２】
即ち、波長掃引光源２０は、上面が互いに平行な高段部２１ａと低段部２１ｂとを有する基台２１と、高段部２１ａ上に固定され、２つの端面２２ａ、２２ｂのうち一方の端面２２ａが他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子２２と、半導体発光素子２２の低反射率面２２ａからの出射光を平行光に変換する高段部２１ａ上に固定されたコリメートレンズ２３と、光を回折するための回折溝２５ｂが平行に形成されている回折面２５ａを有し、コリメートレンズ２３から出射された光が、回折溝２５ｂと直交し且つ回折面２５ａに対して非直交となる所定の入射角αで所定入射位置Ｇに入射される状態で基台２１の低段部２１ｂに垂直に固定された回折格子２５と、を備える。
【００２３】
また、波長掃引光源２０は、回折格子２５の回折面２５ａと対向する反射板３２を有し、回折格子２５の回折溝２５ｂと平行な特定位置の軸を中心にして回折面２５ａと直交する平面内で回動可能に形成され、コリメートレンズ２３から出射されて回折格子２５の回折面２５ａに入射した光に対する回折光のうち反射板３２の反射面３２ａに直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で回折格子２５に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路でコリメートレンズ２３を介して半導体発光素子２２へ戻すＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造の回動ミラー３０と、コリメートレンズ２３から出射された平行光を高段部２１ａの上面に垂直な反射面２４０ａで受け、その一部を回折格子２５の回折面２５ａに向けて反射させるとともに、回折格子２５から逆光路で戻された光の一部を半導体発光素子２２の低反射率面２２ａに向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラーとしてのハーフミラー２４０と、を備える。
【００２４】
この回折格子２５の回折面２５ａに対する反射面３２ａの角度を所定角度範囲で周期的に変化させることで、半導体発光素子２２からコリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０の反射面２４０ａおよび回折格子２５の回折面２５ａを経て回動ミラー３０の反射面３２ａに至る共振器長が連続的且つ周期的に変化し、これによって波長掃引光源２０から出射される光の波長も連続的且つ周期的に変化する。
【００２５】
さらに、波長掃引光源２０は、回折格子２５から逆光路で戻されてハーフミラー２４０を透過した光を回動ミラー３０に対して非交差となる方向に反射させることにより、第１の出力光Ｌ1を外部に出射する第１の出力ミラー２４１を備える。
【００２６】
なお、ハーフミラー２４０と第１の出力ミラー２４１との間には、ハーフミラー２４０からの出射光を第１の出力ミラー２４１に向けて透過させるとともに、該出射光を回動ミラー３０に対して非交差となる方向に反射させることにより、第２の出力光Ｌ2および第Ｎの出力光ＬN（Ｎ≧３）（図示せず）を外部に出射する第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）（図示せず）が配置されていてもよい。
【００２７】
なお、ハーフミラー２４０、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）の透過率は、半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、第１の出力光Ｌ1および第ｎの出力光Ｌn（ｎ≧２）のそれぞれについて所望の光強度を得られる値とすればよい。
【００２８】
なお、ハーフミラー２４０から出射され第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２または第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）で反射される光の光路は、波長掃引光源２０の共振器の光路に含まれない。従って、ハーフミラー２４０から第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２または第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）に至る光路長は共振器長と無関係であるため、これらのミラーが他の光学部品と接触しない限り各光路長は任意の長さであってよい。
【００２９】
なお、回動ミラー３０は図示しない回動ミラーホルダに固定され、該回動ミラーホルダは基台２１の低段部２１ｂ上に固定されている。半導体発光素子２２は図示しないチップキャリアに固定され、該チップキャリアが基台２１の高段部２１ａ上に固定されている。また、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）は基台２１の高段部２１ａ上に、回折格子２５は基台２１の低段部２１ｂ上にそれぞれ半田、溶接もしくは接着剤で固定されている。ただし、いずれの場合でも別部材（例えば、レンズの場合であればレンズホルダ）を介して間接的に基台２１に固定してもよい。
【００３０】
半導体発光素子２２は、図３の光の伝搬方向に沿って切断した断面図に示すように、例えば、ｎ型ＩｎＰ（インジウム・リン）からなるｎ型半導体基板１０１の上に、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなる活性層１０２（なお、ここで言う活性層１０２は、ＭＱＷとそれを挟むＳＣＨ層を含む）、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０３、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）からなるコンタクト層１０４が順次積層されて構成される半導体レーザである。
【００３１】
さらに、ｎ型半導体基板１０１の下面には下部電極１０５、コンタクト層１０４上には上部電極１０６が蒸着形成されている。また、既に述べたように２つの端面２２ａ、２２ｂのうちの一方の端面２２ａの反射率が他方の端面２２ｂの反射率より低く形成されている。
【００３２】
回動ミラー３０は、図４の分解斜視図に示すように、導電性を有する基板（例えばシリコン基板）に対するエッチング処理等によって形成され、上板３１ａ、下板３１ｂ、横板３１ｃ、３１ｄで横長矩形枠状に形成されたフレーム３１と、フレーム３１の内側に同心状に配置され、少なくとも一面側に光を反射させるための反射面３２ａが形成された横長矩形の反射板３２と、フレーム３１の上板３１ａ、下板３１ｂの互いに対向する内縁中央から反射板３２の上縁中央および下縁中央まで上下に一直線上に並ぶようにそれぞれ延びてフレーム３１の上板３１ａ、下板３１ｂと反射板３２との間を連結し、捩れ変形して反射板３２を回動させる一対の連結部３３、３４と、を有する。
【００３３】
反射板３２の反射面３２ａとしては、例えば素材表面に対する鏡面仕上げ、高い反射率を示す金属膜の蒸着、あるいは誘電体多層膜で形成することができる。また、回動ミラー３０がレーザ光に対して高い反射率を示す材質である場合には、反射膜や反射シートを設けなくても、その素材表面を反射面とすることができる。
【００３４】
ただし、回動ミラー３０が導電性を持たない場合には、静電駆動力確保のため、ミラー材として導電性の金属膜を蒸着する必要がある。
【００３５】
連結部３３、３４の幅および長さは、連結部３３、３４自体がその長方向に沿って捩じれ変形でき、その変形に対して自ら元の状態に戻るための復帰力を生じるように設定されている。
【００３６】
また、回動ミラー３０のフレーム３１の横板３１ｃ、３１ｄの一方（ここでは横板３１ｃ）の両面には、反射板３２に静電的に外力を与えるための電極板３５、３６がそれぞれ絶縁性を有するスペーサ３７を介して取り付けられている。電極板３５、３６は、反射板３２の一端側（ここでは左端側）の両面にスペーサ３７の厚み分の隙間を開けた状態でオーバラップしている。なお、ここではスペーサ３７を縦長矩形状にしているが、フレーム３１全体の補強のために、スペーサ３７をフレーム３１と重なり合う矩形枠状に形成してもよい。
【００３７】
この回動ミラー３０は、反射板３２の回動中心位置（連結部３３、３４の中心を結ぶ線）が、回折格子２５の回折面２５ａを延長した面上で且つ回折溝２５ｂと平行となる状態で、基台２１上に固定されている。
【００３８】
なお、回動ミラー３０は、電極板３５、３６およびスペーサ３７を含めて上述のようにシリコン基板のエッチング処理等で形成されるが、その製造方法は任意である。
【００３９】
例えば、単層基板で回動ミラー３０のフレーム３１、反射板３２および連結部３３、３４をエッチング形成し、別の基板でスペーサ３７と、電極板３５、３６を形成して、これらを貼り合わせて構成する方法、あるいは、ＳＯＩ基板等の３層基板を用い、その上層基板に、回動ミラー３０のフレーム３１、反射板３２、連結部３３、３４をエッチング形成し、その下層基板にスペーサ３７をエッチング形成し、別の工程で製造された電極板３５を貼り付けて一方の電極を形成すること等、種々の方法で製造可能である。
【００４０】
さらに、回動ミラー３０は、図２に示すように、反射板３２に外力を与え、一対の連結部３３、３４の中心を結ぶ線である上記回動中心位置Ｏを中心に反射板３２を所定角度範囲で往復回動させる回動駆動手段としてのミラー駆動装置４０を有する。
【００４１】
ミラー駆動装置４０は、回動ミラー３０のフレーム３１を基準電位として２つの電極板３５、３６に対して、例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すような位相が１８０度ずれた駆動信号Ｖ１、Ｖ２を印加して、電極板３５、３６と反射板３２の端部との間に静電的な吸引力を交互に生じさせ、反射板３２を往復回動させる。
【００４２】
この駆動信号Ｖ１、Ｖ２の周波数は、回動ミラー３０の反射板３２の形状、重さおよび連結部３３、３４の捩れバネ定数等によって決まる反射板３２の固有振動数に等しくなるように設定されているので、少ない駆動電力で反射板３２を大きな角度で往復回動させることができる。
【００４３】
この反射板３２の往復回動により、波長掃引光源２０内の実効光路長、および、回折格子２５の回折面２５ａに対する反射板３２の反射面３２ａの角度が変化して、半導体発光素子２２から出力されるレーザ光の波長が図５（ｃ）に示すように連続的且つ周期的に変化する。
【００４４】
ただし、この波長掃引光源２０のように、一面側に反射面３２ａが形成されている反射板３２自体を回動させるという単純化された構造の場合、その回動中心は、連結部３３、３４の中心を結ぶ線上、即ち、反射板３２の内部にあって反射面３２ａを延長した面上にはなく、上記の従来のリトマン方式の条件を満たさない。
【００４５】
そこで、この実施形態の波長掃引光源２０では、特許第３０６９６４３号明細書に開示された技術を適用して波長を連続的に可変している。
【００４６】
即ち、波長掃引光源２０は、図６の点線で示すようにハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）（図示せず）を用いずにレーザ光が反射板３２を透過するとした仮想的な配置において、回折格子２５の回折面２５ａを延長した平面をＨ１、半導体発光素子２２の内部の屈折率を考慮した実効共振端面２２ｃを延長した平面をＨ２、反射板３２の反射面３２ａを延長した平面をＨ３とし、反射板３２の回動中心位置Ｏと回折格子２５との間の位置で平面Ｈ１と平面Ｈ３とが交わる場合、回動中心位置Ｏから回折格子２５の所定入射位置Ｇまでの距離をｒ、所定入射位置Ｇから半導体発光素子２２の実効共振端面２２ｃまでの実効光路長をＬ１、回動中心位置Ｏから平面Ｈ３までの距離をＬ２、回折格子２５に対する光の入射角をαとするとき、下の式が成り立つようにすることで、モードホップを発生することなく、シングルモードで波長を連続的に可変できるというものである。
ｒ＝（Ｌ１−Ｌ２）／ｓｉｎ α ・・・・・・（１）
【００４７】
ただし、本実施形態のように半導体発光素子２２から回折格子２５に至る光路をハーフミラー２４０を介して折り曲げた場合、所定入射位置Ｇから半導体発光素子２２の実効共振端面２２ｃまでの実効光路長Ｌ１は、半導体発光素子２２の実効共振端面２２ｃとハーフミラー２４０までの光路長Ｌ３と、ハーフミラー２４０から所定入射位置Ｇまでの光路長Ｌ４との和で表わされる（Ｌ１＝Ｌ３＋Ｌ４）。
【００４８】
よって、次の式が成り立つように各部を配置することで、図５（ｃ）に示したようにモードホップのない連続波長掃引が可能となる。
ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ α ・・・・・・（２）
【００４９】
即ち、波長掃引光源２０は、ハーフミラー２４０を介して回折格子２５に光を入射して、半導体発光素子２２、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２、第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）および回折格子２５を反射板３２の一面側に配置させ、反射板３２と光路とを交差させない構成であるため、反射板３２に光通過用の穴などを設ける必要がない。このため、剛性低下による変形が起こらず、薄い板であっても安定で再現性の高い高速な波長掃引を行うことができる。
【００５０】
このように本実施形態の波長掃引光源２０では、反射板３２の反射面３２ａを延長した平面と回折面２５ａを回動中心位置Ｏ方向に延長した面で挟まれた空間内で、且つ回動中心位置Ｏと回折面２５ａの所定入射位置Ｇとの間にハーフミラー２４０を配置し、回動ミラー３０の反射板３２の反射面３２ａを延長した面で区切られてなる２つの空間のうち、回折格子２５が含まれる方の空間に半導体発光素子２２、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）を配置し、半導体発光素子２２からコリメートレンズ２３を介してハーフミラー２４０に光を入射して、その反射光を回折格子２５の回折面２５ａの所定入射位置Ｇに入射している。
【００５１】
このため、光路とは無関係に、反射面３２ａを有する反射板３２自体を往復回動させるという極めて単純な構造で回動ミラーを構成することができ、高速で精度の高い波長可変が行える。
【００５２】
以上のように構成された本実施形態の波長掃引光源２０は、従来の光分波器に代わる光分波手段としてハーフミラー２４０、第１の出力ミラー２４１、第２の出力ミラー２４２および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）を備えるため、共振器長が非常に短い微小な構造であっても、式（２）を満たすモードホップフリーの波長掃引が可能になるだけでなく、他の光学部品に遮られることなく複数の出力光（半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、回折格子２５の０次回折光としての出力光ＬB、第１の出力ミラー２４１からの第１の出力光Ｌ1、第２の出力ミラー２４２からの第２の出力光Ｌ2および第Ｎの出力ミラー（Ｎ≧３）からの第Ｎの出力光ＬN）を外部に出射することができる。
【００５３】
また、本実施形態の波長掃引光源２０では、全ての光学部品が固定されているため、外部からの振動などの影響を受けにくく、さらに従来の光源のような複雑なモードホップ抑止の制御手段を用いなくても非常に安定したモードホップフリーの波長掃引を実現することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
本発明に係る波長掃引光源の第２の実施形態について図面を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の波長掃引光源５０は、図７に示すように、ハーフミラー２４０および第１の出力ミラー２４１が一体的に形成されてなる反射部材２４を備える。このような反射部材２４は、例えば互いに平行な２つの端面を有する光学ガラスを準備し、それぞれの端面に誘電体多層膜のコーティングまたはミラーコーティングを施すことにより実現できる。また、反射部材２４の内部にさらに第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）（図示せず）が形成されていてもよい。
【００５６】
なお、ハーフミラー２４０から出射され反射部材２４の内部を透過して第１の出力ミラー２４１で反射される光の光路は波長掃引光源５０の共振器の光路に含まれない。従って、従来の光分波器と異なり、反射部材２４の光導波方向の長さは共振器長と無関係であるため、反射部材２４が他の光学部品と接触しない限り任意の長さであってよい。
【００５７】
以上のように構成された本実施形態の波長掃引光源は、ハーフミラー２４０および第１の出力ミラー２４１が一体的に形成されているため、製造工程における光学部品間の光軸合わせが簡易となる。
【００５８】
（第３の実施形態）
本発明に係る波長掃引光源の第３の実施形態について図面を用いて説明する。第１および第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００５９】
第１および第２の実施形態では、ハーフミラー２４０の反射面２４０ａが回折格子２５の回折溝２５ｂと平行で、半導体発光素子２２から、コリメートレンズ２３、ハーフミラー２４０、回折格子２５を経て反射板３２に至る光路が同一平面上となるように構成されていたが、これは本発明を限定するものではなく、半導体発光素子２２とコリメートレンズ２３は、反射板３２の反射面３２ａを延長した平面で隔成される２つの空間のうち回折格子２５が含まれる方の空間であれば任意の位置に配置することができ、その位置に合わせてハーフミラー２４０の反射面２４０ａの向きを設定すればよい。
【００６０】
例えば、図８およびそのＡ−Ａ線断面図である図９に示すように、半導体発光素子２２とコリメートレンズ２３を、その光軸が回折格子２５の回折溝２５ｂと平行となるよう基台２１に対して上下に並ぶように配置し、コリメートレンズ２３からの光を、基台２１の上面に対して４５度の角度をなすハーフミラー２４０を有する反射部材４４で受けて、回折格子２５の回折面２５ａに入射してもよい。
【００６１】
反射部材４４は、図９に示すように、ハーフミラー２４０と第１の出力ミラー２４１とが互いに９０度の角度をなして交わるように一体的に形成されてなる。
【００６２】
なお、半導体発光素子２２、コリメートレンズ２３および反射部材４４は基台２１上に固定された支持部材４１に支持されている。第１の実施形態と同様に、半導体発光素子２２は図示しないチップキャリアに固定され、該チップキャリアが支持部材４１の側面に固定されている。また、コリメートレンズ２３および反射部材４４は支持部材４１の側面に、回折格子２５は基台２１上にそれぞれ半田、溶接もしくは接着剤で固定されている。ただし、いずれの場合でも別部材（例えば、レンズの場合であればレンズホルダ）を介して間接的に支持部材４１または基台２１に固定してもよい。
【００６３】
支持部材４１および基台２１には第１の出力ミラー２４１からの第１の出力光Ｌ1を外部に出力するための貫通孔４１ａ、２１ｃがそれぞれ形成されている。
【００６４】
以上のように構成された本実施形態の波長掃引光源６０は、従来の光分波器に代えてハーフミラー２４０および第１の出力ミラー２４１を有する反射部材４４を備えるため、他の光学部品に遮られることなく計３個の出力光（半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、回折格子２５の０次回折光としての出力光ＬB、第１の出力ミラー２４１からの第１の出力光Ｌ1）を基台２１に垂直な２方向、基台２１に平行な１方向へ出力することができる。
【００６５】
また、図１０の断面図に示すように、本発明の波長掃引光源は、反射ミラー２４０を有する反射部材５４を備え、回折格子２５から逆光路で戻されてハーフミラー２４０を透過した光Ｌ0を外部に出力するための貫通孔４１ｂが支持部材４１に形成されたものであってもよい。このように構成された波長掃引光源は、他の光学部品に遮られることなく計３個の出力光（半導体発光素子２２の端面２２ｂからの出力光ＬA、回折格子２５の０次回折光としての出力光ＬB、ハーフミラー２４０からの透過光Ｌ0）を基台２１に垂直な１方向、基台２１に平行な２方向へ出力することができる。また、透過光Ｌ0の進行方向、つまり透過光Ｌ0の取り出し方向は、必要に応じて反射板などで任意の方向に変えることもできる。
【符号の説明】
【００６６】
２０、５０、６０ 波長掃引光源
２１ 基台
２１ａ 高段部
２１ｂ 低段部
２２ 半導体発光素子
２２ａ 端面（低反射率面）
２２ｂ 端面
２２ｃ 実効共振端面
２３ コリメートレンズ
２４、４４、５４ 反射部材
２５ 回折格子
２５ａ 回折面
２５ｂ 回折溝
３０ 回動ミラー
３１ フレーム
３２ 反射板
３２ａ 反射面
３３、３４ 連結部
４０ ミラー駆動装置（回動駆動手段）
２４０ ハーフミラー（固定ミラー）
２４０ａ 反射面
２４１ 第１の出力ミラー
２４２ 第２の出力ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台（２１）と、
前記基台上に固定され、２つの端面（２２ａ、２２ｂ）のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子（２２）と、
前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズ（２３）と、
光を回折するための回折溝（２５ｂ）が平行に形成されている回折面（２５ａ）を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子（２５）と、
前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板（３２）を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面（３２ａ）に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラー（３０）と、を備え、
前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、
前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラー（２４０）を備え、
前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、
前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面（２２ｃ）から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、
ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、
前記回動ミラーは、
前記基台に固定されたフレーム（３１）と、
前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、
前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部（３３、３４）と、で一体的に形成され、
前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段（４０）により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、
さらに、
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させる第１の出力ミラー（２４１）を備え、該第１の出力ミラーから第１の出力光を出射することを特徴とする波長掃引光源。
【請求項２】
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させるとともに前記第１の出力ミラーに向かって透過させる第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）（２４２）を備え、該第ｎの出力ミラーから第ｎの出力光を出射することを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源。
【請求項３】
前記固定ミラーと前記出力ミラーとが一体的に形成されてなる反射部材を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波長掃引光源。
【請求項４】
前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回折格子の前記回折溝と平行な方向に反射させるように前記第１の出力ミラーが配置されたことを特徴とする請求項３に記載の波長掃引光源。
【請求項５】
基台（２１）と、
前記基台上に固定され、２つの端面（２２ａ、２２ｂ）のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子（２２）と、
前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズ（２３）と、
光を回折するための回折溝（２５ｂ）が平行に形成されている回折面（２５ａ）を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子（２５）と、
前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板（３２）を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面（３２ａ）に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラー（３０）と、を備え、
前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、
前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラー（２４０）を備え、
前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、
前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面（２２ｃ）から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、
ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、
前記回動ミラーは、
前記基台に固定されたフレーム（３１）と、
前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、
前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部（３３、３４）と、で一体的に形成され、
前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段（４０）により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、
前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を出力光として出射することを特徴とする波長掃引光源。
【請求項１】
基台（２１）と、
前記基台上に固定され、２つの端面（２２ａ、２２ｂ）のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子（２２）と、
前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズ（２３）と、
光を回折するための回折溝（２５ｂ）が平行に形成されている回折面（２５ａ）を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子（２５）と、
前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板（３２）を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面（３２ａ）に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラー（３０）と、を備え、
前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、
前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラー（２４０）を備え、
前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、
前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面（２２ｃ）から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、
ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、
前記回動ミラーは、
前記基台に固定されたフレーム（３１）と、
前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、
前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部（３３、３４）と、で一体的に形成され、
前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段（４０）により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、
さらに、
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させる第１の出力ミラー（２４１）を備え、該第１の出力ミラーから第１の出力光を出射することを特徴とする波長掃引光源。
【請求項２】
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回動ミラーに対して非交差となる方向に反射させるとともに前記第１の出力ミラーに向かって透過させる第ｎの出力ミラー（ｎ≧２）（２４２）を備え、該第ｎの出力ミラーから第ｎの出力光を出射することを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源。
【請求項３】
前記固定ミラーと前記出力ミラーとが一体的に形成されてなる反射部材を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波長掃引光源。
【請求項４】
前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を前記回折格子の前記回折溝と平行な方向に反射させるように前記第１の出力ミラーが配置されたことを特徴とする請求項３に記載の波長掃引光源。
【請求項５】
基台（２１）と、
前記基台上に固定され、２つの端面（２２ａ、２２ｂ）のうち一方の端面が他方の端面に比べ低反射率面である半導体発光素子（２２）と、
前記基台上に固定され、前記半導体発光素子の前記低反射率面からの出射光を平行光に変換するコリメートレンズ（２３）と、
光を回折するための回折溝（２５ｂ）が平行に形成されている回折面（２５ａ）を有し、前記コリメートレンズから出射された光が、前記回折溝と直交し且つ前記回折面に対して非直交となる所定入射角で所定入射位置に入射される状態で前記基台上に固定された回折格子（２５）と、
前記基台上に固定され、前記回折格子の前記回折面と対向する反射板（３２）を有し、前記回折格子の前記回折溝と平行な特定位置の軸を中心にして前記回折面と直交する平面内で回動可能に形成され、前記コリメートレンズから出射されて前記回折格子の前記回折面に入射した光に対する回折光のうち前記反射板の反射面（３２ａ）に直交する光路に沿った光を反射させて逆光路で前記回折格子に戻し、該戻された光を入射光路と同じ光路で前記コリメートレンズを介して前記半導体発光素子へ戻す回動ミラー（３０）と、を備え、
前記回動ミラーの前記反射面の角度変化に応じて前記半導体発光素子から前記コリメートレンズおよび前記回折格子の前記回折面を経て前記回動ミラーの前記反射面に至る共振器長を変化させ、前記半導体発光素子が出射する光の波長を所定範囲内で連続的に変化させるリトマン方式外部共振器型の波長掃引光源において、
前記基台上に固定され、前記コリメートレンズから出射された光の一部を前記回折格子の前記所定入射位置に向けて反射させるとともに、前記回折格子から逆光路で戻された光の一部を前記半導体発光素子の前記低反射率面に向けて反射させ、残りの少なくとも一部を透過させる固定ミラー（２４０）を備え、
前記半導体発光素子、前記コリメートレンズ、前記固定ミラーおよび前記回折格子が前記回動ミラーの一面側に配置され、前記半導体発光素子から前記固定ミラーを介して前記回折格子に至る光路が、前記回動ミラーと非交差であり、
前記回動ミラーの回動中心位置から前記回折格子の前記所定入射位置までの距離ｒ、前記回動中心位置から前記反射面を延長した平面までの距離Ｌ２、前記半導体発光素子の実効共振端面（２２ｃ）から前記固定ミラーまでの光路長Ｌ３、該固定ミラーから前記回折格子の前記回折面の前記所定入射位置までの光路長Ｌ４および前記固定ミラーから前記回折格子の前記回折面への光入射角αとの間に、
ｒ＝（Ｌ３＋Ｌ４−Ｌ２）／ｓｉｎ αの関係が成立し、
前記回動ミラーは、
前記基台に固定されたフレーム（３１）と、
前記フレームの内側に配置され一面側に前記反射面が形成された前記反射板と、
前記反射板の外縁と前記フレームの内縁との間を連結する捩れ変形可能で前記回折格子の前記回折溝と平行な一直線上に並ぶ一対の連結部（３３、３４）と、で一体的に形成され、
前記反射板に往復回動するための力を周期的に付与する回動駆動手段（４０）により、前記連結部を中心に前記反射板を往復回動させる構造を有しており、
前記半導体発光素子から前記コリメートレンズを経て前記固定ミラーに至る光路が前記回折格子の前記回折溝と平行となり、且つ前記固定ミラーから該回折格子に至る光路が該回折溝に対して垂直となるように前記固定ミラーが配置され、
前記回折格子から逆光路で戻されて前記固定ミラーを透過した光を出力光として出射することを特徴とする波長掃引光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
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【図４】
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【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２１９３１５（Ｐ２０１０−２１９３１５Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６４５８５（Ｐ２００９−６４５８５）
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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