JP2003204103A - 外部共振型レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 外部共振型レーザに関し、小型でモード・ホ
ップを正確に回避できる外部共振型レーザを提供する。 【解決手段】 レーザ媒質と波長選択素子とミラーとに
よって共振器を構成する外部共振型レーザにおいて、該
共振器内に、直交する直線偏光の光の位相を互いにシフ
トさせる位相シフト手段７と、直線偏光の光を円偏光に
変換し、円偏光の光を偏光の回転方向に対応する直線偏
光に再変換する偏光変換手段８とを設け、該偏光変換手
段で直線偏光に再変換された光を該波長選択素子を介し
て該レーザ媒質にフィードバックし、該偏光変換手段を
透過した円偏光の光を偏光依存性のある受光手段にて検
出し、該受光手段の検出出力に応じて該共振器の光学的
長さを制御するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部共振型レーザ
に係り、特に、小型でモード・ホップを確実に回避でき
る外部共振型レーザに関する。光通信における波長多重
伝送システム（「Wavelength Division Multiplexing」
の頭文字による略語を用いて「ＷＤＭ伝送システム」と
呼ばれることが多い。）では、約１，５００ｎｍ（「ｎ
ｍ」は１０^-9メートルを表わす長さの単位である。）近
傍の波長においてそれぞれ異なる電気信号によって変調
された数十から百数十の光信号を多重化して伝送する。
従って、それぞれ異なる電気信号によって変調される数
十から百数十の光搬送波には高い波長安定度が要求され
る。

【０００２】通常、光通信のための光源としては単体の
レーザ・ダイオードが用いられるが、レーザ・ダイオー
ドの発振レベルを一定に保つために自動パワー制御（通
常「Automatic Power Control 」の頭文字によって「Ａ
ＰＣ」と略記される。）を行なう場合、レーザ・ダイオ
ードの発振部位の温度変化又はレーザ・ダイオード自体
の経年変化によって発振波長がドリフトするという問題
がある。

【０００３】そこで、レーザ媒質とレーザ媒質の外部に
設けたミラーの間でファブリ・ペロー共振器を構成する
外部共振型レーザが開発されている。外部共振型レーザ
は、発振波長可変機構を構成しやすい上に波長可変範囲
が広いという利点を持っているが、発振波長が不連続に
変化するモード・ホップ又はモード・ホッピング（以
降、本明細書ではモード・ホップに統一して記載す
る。）を起こしやすいという欠点も持っている。

【０００４】即ち、波長多重伝送システムにおいて波長
多重数を増加して、光通信システムの伝送容量を増加さ
せるためには、モード・ホップを回避できる外部共振型
レーザの実現が不可欠である。

【０００５】

【従来の技術】図１１は、従来の外部共振型レーザの基
本構成である。図１１において、１はレーザ発振の種と
なる光を発生するレーザ媒質、２はレーザ媒質１の出力
光のうち所定の波長の光成分を選択する波長選択素子、
３は波長選択素子２が選択した波長の光を反射させて波
長選択素子２を介してレーザ媒質１にフィードバックす
るミラーである。

【０００６】レーザ媒質の端面ａから出力された光は波
長選択素子２で波長を選択されてミラー３で反射され、
レーザ媒質１にフィードバックされてレーザ媒質１の端
面ｂで反射されて再び波長選択素子２及びミラー３に向
かう。従って、レーザ媒質１の端面ｂとミラー３の反射
面の間が外部共振器となる。そして、波長選択素子２か
ら特定の波長の出力光が取り出される。

【０００７】図１２は、図１１の構成の発振波長決定を
示す図である。先に記載したように、外部共振器はレー
ザ媒質の端面ｂとミラーの反射面の間の領域である。こ
の物理的な長さをＬとし、該外部共振器の平均的な屈折
率をｎ（「ｎ」と記載すると整数であるとのイメージが
湧くのが通常であるが、ここでは通例に従って、該外部
共振器の平均的な屈折率をｎとおいているので、これは
一般的には整数ではないことに留意されたい。）とする
と、該外部共振器の光学的な長さはｎＬとなる。

【０００８】さて、レーザ媒質の端面ｂで反射された光
がミラーの反射面で反射されてレーザ媒質の端面ｂに入
射されるので、この間に光は光学的長さ２ｎＬを伝播し
たことになり、この２ｎＬが外部共振器の共振器長とな
る。ｍ次（ｍは正の整数で、次数と呼ばれる。）の発振
波長をλ_m とすると、波長λ_m で発振が生ずるためには
λ_m が外部共振器の共振波長でなければならないので、
２ｎＬはλ_m の整数倍でなければならない。即ち、 ２ｎＬ＝ｍλ_m （１） という関係が成り立つ。

【０００９】ここで、式（１）を満足する発振波長は１
つには限らず、異なる次数に対して異なる発振波長が存
在する。そして、隣合う発振波長の間隔をＦＳＲ（これ
は、「Free Spectrum Range 」の頭文字による略語であ
る。）というが、若干の近似を行なうことによって ＦＳＲ＝λ_m ² ／（２ｎＬ） （２） という関係が得られる。

【００１０】例えば、Ｌ＝７５ｍｍ、ｎ＝１（空気の屈
折率である。）、λ_m ＝１，５５０ｎｍの場合、ＦＳＲ
は１６ｐｍ（「ｐｍ」は１０^-12 メートルを表わす長さ
の単位である。）となる。今、波長選択素子の選択波長
の半値幅を１６０ｐｍとすると、この中に共振モードが
１０個存在することになり、このうち波長選択素子の選
択波長に最も近い共振波長で発振する。

【００１１】上記のような状態で外部共振型レーザが発
振するので、波長選択素子の波長選択特性や共振器長が
例えば温度変化によって変化すると、モード・ホップが
生じて発振波長が不連続に変化することになる。図１５
は、モード・ホップを説明する図である。図１５におい
て、上に凸の曲線が波長選択素子の波長選択特性で、図
１５では該波長選択特性の中に波長λ_m と波長λ_m+1 の
２つの共振モードを示しており、波長選択特性が変化す
る場合を想定して図示している。

【００１２】外部共振器の選択波長に最も近い波長で発
振するというのは、図１５の波長選択特性のピークに最
も近い共振モードの波長で発振するということである。
図１５の左の状態が初期状態とすると、波長選択特性の
ピークに最も近い共振モードの波長はλ_m であるので、
初期状態では波長λ_m で発振する。上記の状態から、波
長選択素子の波長選択特性が短波長側にシフトして、波
長λ_m+1 の方が波長選択素子の波長選択特性のピークに
近くなると、発振波長はλ _m+1 に不連続的に変化する。
これが、モード・ホップと呼ばれる現象である。先に記
載した例では、発振波長が１６ｐｍ不連続的に変化する
ことになる。

【００１３】波長１，５００ｎｍ近傍で百数十の波長多
重数を有する波長多重伝送システムでは、発振波長を±
２５ｐｍ程度の確度で制御する必要があり、モード・ホ
ップのために１６ｐｍの波長変化が生ずることは許容で
きない。又、波長λ_m から波長λ_m+1 にモード・ホップ
するということは、波長λ_m+1から波長λ_m にモード・
ホップしやすいということなので、発振波長が交互に変
化するという現象が生ずる。このために、電気信号によ
って変調される光搬送波の位相に不連続が生じたり、該
光搬送波のレベルに変化が生じて、好ましくない問題と
して変調された光信号への雑音の重畳という問題が発生
する。

【００１４】上記雑音の重畳の原因はモード・ホップで
あるので、モード・ホップを回避することができる外部
共振型レーザが開発されている。図１３は、従来の外部
共振型レーザの構成例で、図１１に示した基本構成にの
っとったものである。但し、図の煩雑化を嫌い、モード
・ホップ回避のための構成の図示を省略している。

【００１５】図１３において、１はレーザ媒質、２は波
長選択素子、３はミラー、４はレーザ媒質から出射され
た光を平行光に変換するコリメート・レンズである。
尚、図１３では波長選択素子２として回折格子を想定し
ている。図１３の構成において、レーザ媒質の波長選択
素子２に近い方の端面を出射した光はコリメート・レン
ズ４を通して波長選択素子２に入射し、波長選択素子２
とミラー３とで特定の波長のみがレーザ媒質にフィード
バックされ、レーザ媒質の波長選択素子より遠い方の端
面にて反射されて再びレーザ媒質１から出射されるとい
う経過をたどり、レーザ媒質１、波長選択素子２及びミ
ラー３によって外部共振器が構成される。

【００１６】図１３の構成において、外部共振器によっ
て発振波長を可変にできるようにするために、ミラー３
と波長選択素子２の角度によって選択波長を変化させて
いる。この場合、できるだけモード・ホップを避けるた
めに、ミラー３の角度を変化させて波長選択素子におけ
る選択波長を変化させた時に外部共振器の共振器長もそ
れにつれて変化するように、図１３の点Ｐを仮想支点と
してミラー３を回転させる構造を用いている。

【００１７】しかし、特定の波長で発振が開始された後
に、なんらかの原因で共振器長に変化が生ずるとモード
・ホップが生ずる恐れがある。このために、共振器長の
変化を検出して該変化を抑圧する構成が用いられてい
る。図１４は、従来のモード・ホップ検出のための構成
例で、図１３の構成のミラーを除いた構成にモード・ホ
ップ検出のための構成を付加した図である。但し、図１
４ではモード・ホップを検出した後の制御系については
図示を省略している。

【００１８】図１４において、１はレーザ媒質、４はコ
リメート・レンズ、２は波長選択素子、５はカプラ、６
及び６ａは独立な受光素子である。そして、カプラ５と
受光素子６及び受光素子６ａがモード・ホップの検出の
ために付加された要素である。尚、図１４においてＡで
示した両方向の矢印は波長選択素子２からミラーに向か
い、ミラーから反射されてきた光を表わしている。

【００１９】図１４の構成において、波長選択素子２か
らレーザ媒質に戻る光をカプラ５で分岐して、並べて配
置した受光素子６及び受光素子６ａに入射するようにな
っている。例えば、なんらかの理由で波長選択素子２の
反射角が変化すると、外部共振器の共振器長が変化す
る。該共振器長の変化に伴い、カプラ５で分岐された光
の受光素子６及び受光素子６ａへの入射位置が変化す
る。

【００２０】図１４では極端なケースを図示している
が、当初受光素子６と受光素子６ａの境界に分岐光が入
射されていた（破線の円）ものが、外部共振器の共振器
長が変化した後では受光素子６ａのみに分岐光が入射さ
れて（実線の円）いることを示している。図示は省略し
ているが、受光素子６と受光素子６ａには独立に受光量
を電気変換する回路が設けられており、更に、受光素子
６が電気変換した電気信号と受光素子６ａが電気変換し
た電気信号とを比較する比較回路が設けられている。

【００２１】従って、該比較回路の出力によって分岐光
の入射位置の変化を知ることができ、該入射位置の変化
をゼロにするように、図示を省略しているアクチュエー
タによって波長選択素子２の角度を調整することによっ
て共振器長を元に戻し、モード・ホップを避けることが
できる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、波長選択素子
２における反射角の変化は極めて微小であるために、受
光素子６及び受光素子６ａの受光強度の変化を効果的に
検出するためには、カプラ５と受光素子６及び受光素子
６ａの間隔を長くする必要がある。従って、カプラ５と
受光素子６及び受光素子６ａの間隔を長くすることによ
ってモード・ホップを検出するための構成が大きくな
り、外部共振型レーザを大型化するという問題が生ず
る。

【００２３】のみならず、モード・ホップを検出するた
めの構成が大きくなることによってモード・ホップを検
出するための構成自体の経年変化も大きくなり、モード
・ホップ検出の確度が低下するという問題も併せて生ず
る。本発明は、かかる問題に鑑み、小型でモード・ホッ
プを確実に回避できる外部共振型レーザを提供すること
を目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、レーザ媒
質と波長選択素子とミラーとによって共振器を構成する
外部共振型レーザにおいて、該共振器内に、直交する直
線偏光の光の位相を互いにシフトさせる位相シフト手段
と、直線偏光の光を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光
の回転方向に対応する直線偏光に再変換する偏光変換手
段とを設け、該偏光変換手段で直線偏光に再変換された
光を該波長選択素子を介して該レーザ媒質にフィードバ
ックし、該偏光変換手段を透過した円偏光の光を偏光依
存性のある受光手段にて検出し、該受光手段の検出出力
に応じて該共振器の光学的長さを制御することを特徴と
する外部共振型レーザである。

【００２５】第一の発明によれば、レーザ媒質と波長選
択素子とミラーとによって共振器を構成する外部共振型
レーザにおいて、該共振器内に、直交する直線偏光の光
の位相を互いにシフトさせる位相シフト手段と、直線偏
光の光を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回転方向
に対応する直線偏光に再変換する偏光変換手段とを設
け、該偏光変換手段で直線偏光に再変換された光を該波
長選択素子を介して該レーザ媒質にフィードバックする
ので、該波長選択素子の波長選択特性と該共振器の光学
的長さに対応する波長で発振が生ずる。この上、位相シ
フト手段によって互いに位相差を与えられた直交する直
線偏光の光が該偏光変換手段によって逆向きの円偏光に
変換されるので、該偏光変換手段を透過した光は該位相
差がない時とは偏光角が異なる直線偏光となって偏光依
存性のある受光手段に供給されるため、該偏光依存性の
ある受光手段の受光レベルは該位相差の変化に応じて変
化する。該位相差と該共振器と光学的長さは一義的な関
係にあるので、該受光レベルの変化を検出することによ
って該共振器の光学的長さを調整することができ、該共
振器の光学的長さに変化が生じてもモード・ホップが生
ずることがなくなる。

【００２６】第二の発明は、レーザ媒質と波長選択素子
とミラーとによって共振器を構成する外部共振型レーザ
において、該共振器内に、直交する直線偏光の光の位相
を互いにシフトさせる位相シフト手段と、直線偏光の光
を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回転方向に対応
する直線偏光に再変換する偏光変換手段とを設け、該偏
光変換手段で直線偏光に再変換された光を該波長選択素
子を介して該レーザ媒質にフィードバックし、該偏光変
換手段と該ミラーとの間にカプラを配置して該ミラーで
反射した円偏光の光を偏光依存性のある受光手段にて検
出し、該受光手段の検出出力に応じて該共振器の光学的
長さを制御することを特徴とする外部共振型レーザであ
る。

【００２７】第二の発明によれば、レーザ媒質と波長選
択素子とミラーとによって共振器を構成する外部共振型
レーザにおいて、該共振器内に、直交する直線偏光の光
の位相を互いにシフトさせる位相シフト手段と、直線偏
光の光を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回転方向
に対応する直線偏光に再変換する偏光変換手段とを設
け、該偏光変換手段で直線偏光に再変換された光を該波
長選択素子を介して該レーザ媒質にフィードバックする
ので、該波長選択素子の波長選択特性と該共振器の光学
的長さに対応する波長で発振が生ずる。この上、位相シ
フト手段によって互いに位相差を与えられた直交する直
線偏光の光が該偏光変換手段によって逆向きの円偏光に
変換されるので、該偏光変換手段を透過した光は該位相
差がない時とは偏光角が異なる直線偏光となって該カプ
ラを介して偏光依存性のある受光手段に供給されるた
め、該偏光依存性のある受光手段の受光レベルは該位相
差の変化に応じて変化する。該位相差と該共振器と光学
的長さは一義的な関係にあるので、該受光レベルの変化
を検出することによって該共振器の光学的長さを調整す
ることができ、該共振器の光学的長さに変化が生じても
モード・ホップが生ずることがなくなる。

【００２８】第三の発明は、第一の発明又は第二の発明
のいずれかの外部共振型レーザにおいて、上記位相シフ
ト手段を複屈折板とし、上記偏光変換手段をλ／４板と
し、上記偏光依存性のある受光手段を偏光子と受光素子
とで構成することを特徴とする外部共振型レーザであ
る。第三の発明によれば、該複屈折板の結晶光学軸を直
線偏光に対して０度又は９０度に設定すれば、直交する
直線偏光の光の位相を互いにシフトさせることができ
て、上記共振器内において直交する直線偏光の光に位相
差を付けることができる。このようにして位相差がつい
た直交する直線偏光の光を該λ／４板によって向きが異
なる円偏光に変換して該偏光子に供給するので、該偏光
子を透過する光の強度は該位相差によって変化する。該
位相差は該共振器の光学的長さとは一義的な関係にある
ので、該受光素子の検出レベルの変化を検出することに
よって該共振器の光学的長さを調整することができ、該
共振器の光学的長さに変化が生じてもモード・ホップが
生ずることがなくなる。

【００２９】第四の発明は、第三の発明の外部共振型レ
ーザにおいて、上記λ／４板の一方の面にハーフ・ミラ
ーを形成することを特徴とする外部共振型レーザであ
る。第四の発明によれば、該λ／４板の一方の面にハー
フ・ミラーを形成して該λ／４板で円偏光に変換された
光の一部を反射して上記複屈折板を介してフィードバッ
クするので、上記共振器の構成を簡易にすることができ
る。

【００３０】第五の発明は、第三の発明又は第四の発明
のいずれかの外部共振型レーザにおいて、上記受光素子
の出力によって上記複屈折板の屈折率を変化させて上記
共振器の光学的長さを制御する構成を備えるか、又は、
上記受光素子の出力によって上記ミラーを並進させて上
記共振器の光学的長さを制御する構成を備えることを特
徴とする外部共振型レーザである。

【００３１】第五の発明によれば、該複屈折板の屈折率
を変化させるか、該ミラーを並進させるので該共振器の
光学的長さを制御することができ、該共振器の光学的長
さに変化が生じても該変化を補正することができるので
モード・ホップが生ずることがなくなる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以降、図面も用いて本発明の技術
を詳細に説明する。図１は、本発明の外部共振型レーザ
の基本構成（その１）である。図１において、１はレー
ザ発振の種となる光を発生するレーザ媒質、２はレーザ
媒質１の出力光のうち所定の波長の光成分を選択する波
長選択素子、３は波長選択素子２が選択した波長の光を
反射させてレーザ媒質１にフィードバックするミラー、
７は波長選択素子２とミラー３の間を往復する直交する
直線偏光の光に位相差を与える位相シフト手段、８は入
射される直交する直線偏光の光を円偏光の光に変換して
ミラー３に出力し、ミラー３から反射されてくる円偏光
の光を偏光の方向に対応する直線偏光の光に再変換する
偏光変換手段である。又、９は入射される直線偏光の偏
光角に対応する光量の光を透過させる偏光子、６は入射
される光の光量に対応する電気量を出力する受光素子
で、偏光子９及び受光素子６とによって偏光依存性のあ
る受光手段を構成する。

【００３３】尚、図１の構成における座標軸は、図１の
右端に記載した如く、紙面に平行で図面の垂直方向の軸
をＸ軸、紙面に垂直方向の軸をＹ軸、紙面に平行で図面
の水平方向の軸をＺ軸とする。レーザ媒質の端面ａから
出射された光は波長選択素子２で波長を選択されて位相
シフト手段７と偏光変換手段８を通ってミラー３で一部
反射され、再び偏光変換手段８と位相シフト手段７を通
ってレーザ媒質１にフィードバックされてレーザ媒質１
の端面ｂで反射されて再び波長選択素子２、位相シフト
手段７、偏光変換手段及びミラー３に向かう。従って、
レーザ媒質１の端面ｂとミラー３の反射面の間が外部共
振器を構成する。そして、波長選択素子２から特定の波
長の出力光が取り出される。

【００３４】一方、ミラー３を透過した光は偏光子９を
通って受光素子６に到達する。後で詳述するように、受
光素子６が電気変換して出力する電気信号の変化によっ
て該外部共振器の共振器長の変化を検出し、共振器長の
変化を補正する制御をかける。尚、共振器長の変化を補
正する構成は公知の技術を適用することを想定している
ので、図１では図示を省略している。

【００３５】即ち、図１の構成と図１１の構成の違い
は、図１の構成においては波長選択素子２とミラー３の
間に位相シフト手段７と偏光変換手段８とが挿入され、
ミラー３の後方に偏光子９と受光素子６とによる偏光依
存性のある受光手段が配置されている点である。図２
は、図１の構成における発振波長決定を示す図で、７は
位相シフト手段、８は偏光変換手段である。

【００３６】先に記載したように、外部共振器はレーザ
媒質の端面ｂとミラーの反射面の間の領域であり、この
物理的な長さをＬとし、このうち位相シフト手段７の厚
さをｔとする。そして、外部共振器のうち位相シフト手
段７を除く部分の平均的な屈折率をｎとする。ここで、
位相シフト手段７はλ／２板やλ／４板などの複屈折板
で形成する。直線偏光の光が複屈折板に入射すると偏光
角が直交する２つの光の成分に分割されて複屈折板内を
伝播する。その一方の成分が異常光であり、もう一方が
常光であり、複屈折板の中では異常光と常光に対する屈
折率が異なる。

【００３７】そこで、異常光に対する複屈折板の屈折率
をｎ_e 、常光に対する複屈折板の屈折率をｎ_o とする。
そして、複屈折板の結晶光学軸はＸ軸方向（０度）又は
Ｙ軸方向（９０度）に設定しておく。又、偏光変換手段
８はλ／４板で形成し、結晶光学軸をＸ−Ｙ平面上で４
５度に設定しておく。

【００３８】さて、レーザ媒質の端面ｂで反射された光
がミラーの反射面で反射されてレーザ媒質の端面ｂに入
射されるということが繰り返され、この間に偏光変換手
段８において異常光と常光とが変換され、位相シフト手
段７を形成する複屈折板中では異常光と常光の屈折率が
異なるということから外部共振器の共振器長を求めてみ
る。

【００３９】レーザ媒質の端面ｂで反射される光は必ず
しも複屈折板の異常光である必要はないが、説明を簡単
にするために異常光が反射さるものとする。異常光
が外部共振器を左から右に伝播し、（Ｌ−ｔ）の間は屈
折率がｎで、ｔの間は屈折率がｎ_e であるから、レーザ
媒質の端面ｂからミラーの反射面までの間の光学的長さ
はｎ（Ｌ−ｔ）＋ｎ_e ｔである。

【００４０】偏光変換手段８であるλ／４板に入射され
た異常光はλ／４板の反対側の面に到達した時には円
偏光に変換されており、該円偏光がミラーの反射面で反
射されてλ／４板の元の面に到達した時には異常光と直
交する常光に変換されている。従って、ミラーの反射
面で反射されてλ／４板で常光に変換されて外部共振器
を右から左に向かう常光に対する外部共振器の光学的
長さはｎ（Ｌ−ｔ）＋ｎ_o ｔである。

【００４１】この場合、レーザ媒質の端面ｂで反射され
て右に伝播する光は常光であるので、外部共振器の光
学的長さはｎ（Ｌ−ｔ）＋ｎ_o ｔである。この常光が
λ／４板で円偏光に変換された後異常光に変換されて
外部共振器を右から左に向かうので、この間の外部共振
器の光学的長さはｎ（Ｌ−ｔ）＋ｎ_e ｔである。

【００４２】そして、異常光が左から右に伝播し、常
光が右から左に伝播し、常光が左から右に伝播し、
異常光が右から左に伝播してレーザ媒質の端面ｂで反
射される時に外部共振器の中の反射の１サイクルが終わ
る。即ち、図１の構成の外部共振器の共振器長は２｛２
ｎ（Ｌ−ｔ）＋（ｎ_o ＋ｎ _e ）ｔ｝となる。ｍ次の発振
波長をλ_m とすると、波長λ_m で発振が生ずるためには
λ_m が外部共振器の共振波長でなければならないので、
２｛２ｎ（Ｌ−ｔ）＋（ｎ_o ＋ｎ_e ）ｔ｝はλ_m の整数
倍でなければならない。即ち、 ２｛２ｎ（Ｌ−ｔ）＋（ｎ_o ＋ｎ_e ）ｔ｝＝ｍλ_m （２） という関係が成り立つ。

【００４３】従来の外部共振器の発振条件を示す式
（１）と本発明の外部共振器の発振条件を示す式（２）
を比較すると、本発明の外部共振器では共振器長がほぼ
２倍になることが判る。これは、とりもなおさず、外部
共振器の小型化が可能であることを意味する。上記のよ
うに、外部共振器の中を異常光と常光が交互に伝播する
ので、λ／４板を透過した右回りの円偏光と左回りの円
偏光のＸ軸成分の位相差φは、 φ＝（２π／λ_m ）２｛ｎ（Ｌ−ｔ）＋ｎ_o ｔ｝ （３） となる。

【００４４】従って、該位相差φは外部共振器の物理長
Ｌと複屈折板以外の外部共振器の平均的屈折率ｎが変化
すると変化する。各々の変化量をΔφ、ΔＬ及びΔｎと
すると、 Δφ＝（∂φ／∂Ｌ）ΔＬ＋（∂φ／∂ｎ）Δｎ （４） を得る。

【００４５】即ち、λ／４板の後方で２つの円偏光の干
渉で生じた直線偏光の光はΔφだけＺ軸を中心に回転す
る。今、偏光子をΔＬ＝０、Δｎ＝０の時の直線偏光
（強度をＩ_o とする。）に対して４５度の角度に配置
し、共振器長が変化した場合即ちΔＬ≠０、Δｎ≠０の
時の直線偏光を偏光子を透過させて受光素子で検出する
と、受光強度Ｉは Ｉ／Ｉ_o ＝ｃｏｓ² （４５°＋Δφ） （５） となり、外部共振器の物理長Ｌと複屈折板以外の外部共
振器の平均的屈折率ｎの変化を受光強度の変化として検
出することができる。

【００４６】従って、外部共振器の共振器長が変化して
も受光強度を元の値に戻すように制御することにより、
外部共振器の共振器長の変化を補正することができる。
即ち、外部共振型レーザの外部共振器の共振器長に変化
が生じてモード・ホップが生ずる恐れが生じた時に、共
振器長を補正するのでモード・ホップを回避することが
できる。

【００４７】しかも、本発明の外部共振型レーザの共振
器長は従来の外部共振型レーザの共振器長に対して約２
倍になるので、同一波長で発振させることを条件に比較
すると、外部共振型レーザの物理的な大きさを約１／２
に縮減することができ、且つ、共振器長の変化を検出す
る構成についても寸法的な制約がない。ここで、ｎ_o ＝
ｎ_e として式（３）に式（２）から求めたλ_m を代入す
れば容易に理解できるように、該位相差φは定数になる
ので、この場合には、∂φ／∂Ｌ＝∂φ／∂ｎ＝０とな
って、物理長Ｌと複屈折板を除く部分の平均的屈折率ｎ
が変化しても位相差φの変化を検出することができな
い。即ち、外部共振器中に挿入した複屈折板は本発明の
重要なエレメントであるといえる。

【００４８】尚、偏光子の配置角度は検出感度を高める
意味で４５度が好ましい。図３は、本発明の外部共振型
レーザの構成例で、図１に示した基本構成にのっとった
ものである。但し、図の煩雑化を嫌い、モード・ホップ
回避のための構成の図示を省略している。図３におい
て、１はレーザ媒質、２は波長選択素子、３はミラー、
４はレーザ媒質から出射された光を平行光に変換するコ
リメート・レンズ、７は位相シフト手段、８は偏光変換
手段、９は偏光子、６は受光素子である。

【００４９】具体的には、位相シフト手段７としては結
晶光学軸を直線偏光の角度に対して０度又は９０度に設
定したλ／４板やλ／２板などの複屈折板を適用し、偏
光変換手段８としては光学軸を４５度に設定したλ／４
板を適用すればよく、波長選択素子２として表面に鋸歯
状の凹凸を形成した回折格子、電気信号によって屈折率
分布を形成した音響光学素子又は多重反射によって波長
を選別するＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array)
を適用すればよい。

【００５０】又、偏光変換手段８としてのλ／４板の一
方の面に一部の光を透過させ、一部の光を反射させるハ
ーフ・ミラーを形成した場合には、外部共振器の構成を
簡略化することができる。図３の構成において、受光素
子６で検出した電気信号の変化によって、ミラー３を搭
載するアクチュエータを並進させるか、位相シフト手段
７を構成する複屈折板の屈折率を変化させることによっ
て、外部共振器の共振器長を制御することができる。

【００５１】後者の場合、電圧を印加して屈折率を変化
させる電気光学効果を使用する場合には、複屈折板には
リチウム・ナイオベート（ＬＮ）又は鉛ランタン・ジル
コニウム・チタン（ＰＬＺＴ）を適用すればよく、熱を
印加して屈折率を変化させる熱光学効果を使用する場合
には、複屈折板には上記の他に水晶、ルチルなどを適用
することができる。

【００５２】図４は、本発明のモード・ホップ回避のた
めの処理（その１）で、偏光子を通った光の強度を受光
素子で検出するだけでモード・ホップ回避の処理を行な
うケースのフローチャートを示している。以降、図４の
符号に沿ってモード・ホップ回避のための処理を説明す
る。 Ｓ１．受光素子の受光レベルに変化があったか否か判定
する。

【００５３】受光素子の受光レベルに変化がなかった場
合（Ｎｏ）には、一旦処理を終了する。 Ｓ２．ステップＳ１で、受光素子の受光レベルに変化が
あったと判定した場合（Ｙｅｓ）には、複屈折板の屈折
率の可変幅に余裕があるか否か判定する。これは、複屈
折板に印加している電圧や熱量が、それらの最大値又は
最小値の近傍にいるか否かを判定すればよい。

【００５４】Ｓ３．ステップＳ２で、複屈折板の屈折率
の可変幅に余裕がないと判定した場合（Ｎｏ）には、ミ
ラーの移動幅に余裕があるか否か判定する。これは、ミ
ラーが移動幅の最大値又は最小値近傍にいるか否かを判
定すればよい。 Ｓ４．ステップＳ３で、ミラーの移動幅に余裕があると
判定した場合（Ｙｅｓ）には、カウンタｐに０を設定す
る。

【００５５】Ｓ５．ミラーを所定のステップだけ「順」
に移動する。ここで、「順」とは最初にミラーを移動し
た方向を指し、「逆」とは「順」とは逆方向にミラーを
移動した方向を指すものとする。 Ｓ６．カウンタｐを歩進する。 Ｓ７．受光レベルの誤差は許容範囲内か否かを判定す
る。

【００５６】これは、先に説明したように、受光レベル
の変化と共振器長の変化が対応することを根拠に行なう
判定である。受光レベルの誤差は許容範囲内であると判
定した場合（Ｙｅｓ）には、処理を終了する。 Ｓ８．ステップＳ７で、受光レベルの誤差は許容範囲内
ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、受光レベルは共
振器長の回復傾向を示しているか否か判定する。

【００５７】受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ５にジ
ャンプして以降の処理を行なう。 Ｓ９．ステップＳ８で、受光レベルは共振器長の回復傾
向を示していないと判定した場合（Ｎｏ）には、カウン
タｐの値が１であるか否か判定する。これは、最初にミ
ラーの位置を移動した方向が共振器長の回復傾向とは逆
方向であったか、又は、ミラーの位置を順に移動した後
に望ましい共振器長を越えて共振器長の回復傾向を示さ
なくなったのかを判定するためのものである。

【００５８】Ｓ１０．ステップＳ９で、カウンタｐの値
が１でないと判定した場合（Ｎｏ）は、ミラーの位置を
順に移動した後に望ましい共振器長を越えて共振器長の
回復傾向を示さなくなった場合であるので、ミラー移動
のステップを小さく更新する。 Ｓ１１．ステップＳ９で、カウンタｐの値が１である場
合（Ｙｅｓ）と、ステップＳ１０でミラー移動のステッ
プを小さく更新した後とでは、ミラーを逆に移動する。

【００５９】即ち、カウンタｐの値が１である場合は最
初に移動した方向が正しくなかったので最初のステップ
のままで逆に移動し、ステップＳ１０でミラーの位置を
順に移動した後に望ましい共振器長を越えて共振器長の
回復傾向を示さなくなった場合であると判定した場合に
は、ミラー移動のステップを小さく更新してミラーを逆
に移動するのである。

【００６０】Ｓ１２．受光レベルは許容範囲内か否か判
定する。受光レベルの誤差は許容範囲内であると判定し
た場合（Ｙｅｓ）には、処理を終了する。 Ｓ１３．ステップＳ１２で、受光レベルの誤差は許容範
囲内ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、受光レベル
は共振器長の回復傾向を示しているか否か判定する。

【００６１】受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１に
ジャンプして以降の処理を行なう。 Ｓ１４．ステップＳ１３で、受光レベルは共振器長の回
復傾向を示していないと判定した場合（Ｎｏ）には、ス
テップを小さく更新してステップＳ５にジャンプして以
降の処理を行なう。

【００６２】ここで、ステップＳ１１以降でカウンタを
使用していないのは、ステップＳ１１の段階で誤った方
向にミラーを移動する恐れがないからである。 Ｓ１５．ステップＳ２で、屈折率の可変幅に余裕がある
と判定した場合（Ｙｅｓ）には、カウンタｐに０を設定
する。 Ｓ１６．屈折率を所定のステップだけ「順」に変化させ
る。

【００６３】Ｓ１７．カウンタｐを歩進する。 Ｓ１８．受光レベルの誤差は許容範囲内か否かを判定す
る。これは、先に説明したように、受光レベルの変化と
共振器長の変化が対応することを根拠に行なう判定であ
る。受光レベルの誤差は許容範囲内であると判定した場
合（Ｙｅｓ）には、処理を終了する。

【００６４】Ｓ１９．ステップＳ１８で、受光レベルの
誤差は許容範囲内ではないと判定した場合（Ｎｏ）に
は、受光レベルは共振器長の回復傾向を示しているか否
か判定する。受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１６に
ジャンプして以降の処理を行なう。

【００６５】Ｓ２０．ステップＳ１９で、受光レベルは
共振器長の回復傾向を示していないと判定した場合（Ｎ
ｏ）には、カウンタｐの値が１であるか否か判定する。
これは、最初に屈折率を変化させた方向が共振器長の回
復傾向とは逆方向であったか、又は、屈折率を順に移動
した後に望ましい共振器長を越えて共振器長の回復傾向
を示さなくなったのかを判定するためのものである。

【００６６】Ｓ２１．ステップＳ２０で、カウンタｐの
値が１でないと判定した場合（Ｎｏ）は、屈折率を順に
移動した後に望ましい共振器長を越えて共振器長の回復
傾向を示さなくなった場合であるので、屈折率のステッ
プを小さく更新する。 Ｓ２２．ステップＳ２０で、カウンタｐの値が１である
場合（Ｙｅｓ）と、ステップＳ２１で屈折率変化のステ
ップを小さく更新した後とでは、屈折率を逆に変化させ
る。

【００６７】即ち、カウンタｐの値が１である場合は最
初に変化させた方向が正しくなかったので最初のステッ
プのままで逆に移動し、ステップＳ２１で屈折率を順に
変化させた後に望ましい共振器長を越えて共振器長の回
復傾向を示さなくなった場合であると判定した場合に
は、屈折率変化のステップを小さく更新して屈折率を逆
に変化させるのである。

【００６８】Ｓ２３．受光レベルは許容範囲内か否か判
定する。受光レベルの誤差は許容範囲内であると判定し
た場合（Ｙｅｓ）には、処理を終了する。 Ｓ２４．ステップＳ２３で、受光レベルの誤差は許容範
囲内ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、受光レベル
は共振器長の回復傾向を示しているか否か判定する。

【００６９】受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ２２に
ジャンプして以降の処理を行なう。 Ｓ２５．ステップＳ２４で、受光レベルは共振器長の回
復傾向を示していないと判定した場合（Ｎｏ）には、ス
テップを小さく更新してステップＳ１６にジャンプして
以降の処理を行なう。

【００７０】ここで、ステップＳ２２以降でカウンタを
使用していないのは、ステップＳ２２の段階で誤った方
向にミラーを移動する恐れがないからである。 Ｓ２６．ステップＳ２で、屈折率の可変幅に余裕がない
と判定した上で、ステップＳ３で、ミラー移動幅に余裕
がないと判定した場合（Ｎｏ）には、屈折率又はミラー
位置を初期値に設定しなおして、屈折率を初期値に設定
した場合にはステップＳ４にジャンプし、ミラー位置を
初期値に設定した場合にはステップＳ１５にジャンプ
し、以降の処理を行なう。

【００７１】さて、ステップＳ２で屈折率の可変幅に余
裕がないと判定した上で、ステップＳ３でミラー移動幅
に余裕がないと判定した場合には、屈折率が最小値で余
裕がない場合にはミラー位置は最大値で余裕がなく、屈
折率が最大値で余裕がない場合にはミラー位置は最小値
で余裕がないケースに限られるので、屈折率又はミラー
位置を初期値に設定しなおせば、必ず以降はモード・ホ
ップ回避のための処理を行なうことができる。

【００７２】もう一言付加えれば、屈折率が最小値で余
裕がない場合にはミラー位置は最大値で余裕がなく、屈
折率が最大値で余裕がない場合にはミラー位置は最小値
で余裕がないケースに限られると考えることができるの
は、外部共振器の共振器長が屈折率と物理的な長さの積
で決まるので、屈折率とミラー位置が共に最大値又は最
小値になることはあり得ないという理由によっている。
従って、もし、屈折率とミラー位置が共に最大値又は最
小値になっているのであれば、外部共振型レーザの初期
設定が屈折率とミラー位置の制御範囲の端に設定されて
いたのが原因で、初期設定をやりなおす必要がある。

【００７３】図５は、本発明のモード・ホップ回避のた
めの処理（その２）で、偏光子を通った光の強度を受光
素子で検出することと光の強度に変化があった場合に発
振波長を測定することによってモード・ホップ回避の処
理を行なうケースのフローチャートを示している。従っ
て、図５の処理を行なうには、図１の構成において偏光
変換手段を通過した光を分岐して波長計に供給する構成
を付加する必要がある。以降、図５の符号に沿ってモー
ド・ホップ回避のための処理を説明する。

【００７４】Ｓ１．受光素子の受光レベルに変化があっ
たか否か判定する。受光素子の受光レベルに変化がなか
った場合（Ｎｏ）には、一旦処理を終了する。 Ｓ２７．ステップＳ１で、受光素子の受光レベルに変化
があったと判定した場合（Ｙｅｓ）には、発振波長を測
定する。

【００７５】Ｓ２．複屈折板の屈折率の可変幅に余裕が
あるか否か判定する。これは、複屈折板に印加している
電圧や熱量が、それらの最大値又は最小値の近傍にいる
か否かを判定すればよい。 Ｓ３．ステップＳ２で、複屈折板の屈折率の可変幅に余
裕がないと判定した場合（Ｎｏ）には、ミラーの移動幅
に余裕があるか否か判定する。

【００７６】これは、ミラーが移動幅の最大値又は最小
値近傍にいるか否かを判定すればよい。 Ｓ５．ミラーを所定のステップだけ「順」に移動する。
ここで、「順」とは最初にミラーを移動した方向を指
し、「逆」とは「順」とは逆方向にミラーを移動した方
向を指すものとする。

【００７７】尚、カウンタｐを使用する必要がないの
は、発振波長を測定しているので、必ずミラーを正しい
方向に移動できるからである。 Ｓ７．受光レベルの誤差は許容範囲内か否かを判定す
る。これは、先に説明したように、受光レベルの変化と
共振器長の変化が対応することを根拠に行なう判定であ
る。

【００７８】受光レベルの誤差は許容範囲内であると判
定した場合（Ｙｅｓ）には、処理を終了する。 Ｓ８．ステップＳ７で、受光レベルの誤差は許容範囲内
ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、受光レベルは共
振器長の回復傾向を示しているか否か判定する。

【００７９】受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ５にジ
ャンプして以降の処理を行なう。 Ｓ１０．ステップＳ８で、受光レベルは共振器長の回復
傾向を示していないと判定した場合（Ｎｏ）は、ミラー
の位置を順に移動した後に望ましい共振器長を越えて共
振器長の回復傾向を示さなくなった場合であるので、ミ
ラー移動のステップを小さく更新する。

【００８０】Ｓ１１．ミラーを逆に移動する。ここで
も、カウンタｐの値が１であるか否かの判定を行なって
いないが、これは、ステップＳ２７で発振波長を測定し
ているので、必ずミラーを正しい方向に移動できるから
である。 Ｓ１２．受光レベルは許容範囲内か否か判定する。

【００８１】受光レベルの誤差は許容範囲内であると判
定した場合（Ｙｅｓ）には、処理を終了する。 Ｓ１３．ステップＳ１２で、受光レベルの誤差は許容範
囲内ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、受光レベル
は共振器長の回復傾向を示しているか否か判定する。

【００８２】受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１に
ジャンプして以降の処理を行なう。 Ｓ１４．ステップＳ１３で、受光レベルは共振器長の回
復傾向を示していないと判定した場合（Ｎｏ）には、ス
テップを小さく更新してステップＳ５にジャンプして以
降の処理を行なう。

【００８３】Ｓ１６．ステップＳ２で、屈折率の可変幅
に余裕があると判定した場合（Ｙｅｓ）には、屈折率を
所定のステップだけ「順」に変化させる。 Ｓ１８．受光レベルの誤差は許容範囲内か否かを判定す
る。これは、先に説明したように、受光レベルの変化と
共振器長の変化が対応することを根拠に行なう判定であ
る。

【００８４】受光レベルの誤差は許容範囲内であると判
定した場合（Ｙｅｓ）には、処理を終了する。 Ｓ１９．ステップＳ１８で、受光レベルの誤差は許容範
囲内ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、受光レベル
は共振器長の回復傾向を示しているか否か判定する。

【００８５】受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１６に
ジャンプして以降の処理を行なう。 Ｓ２１．ステップＳ１９で、受光レベルは回復方向では
ないと判定した場合（Ｎｏ）には、屈折率を順に変化さ
せた後に望ましい共振器長を越えて共振器長の回復傾向
を示さなくなった場合であるので、ミラー移動のステッ
プを小さく更新する。

【００８６】Ｓ２２．屈折率を逆に変化させる。 Ｓ２３．受光レベルは許容範囲内か否か判定する。受光
レベルの誤差は許容範囲内であると判定した場合（Ｙｅ
ｓ）には、処理を終了する。 Ｓ２４．ステップＳ２３で、受光レベルの誤差は許容範
囲内ではないと判定した場合（Ｎｏ）には、受光レベル
は共振器長の回復傾向を示しているか否か判定する。

【００８７】受光レベルは共振器長の回復傾向を示して
いると判定した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ２２に
ジャンプして以降の処理を行なう。 Ｓ２５．ステップＳ２４で、受光レベルは共振器長の回
復傾向を示していないと判定した場合（Ｎｏ）には、ス
テップを小さく更新してステップＳ２２にジャンプして
以降の処理を行なう。

【００８８】Ｓ２６．ステップＳ２で、屈折率の可変幅
に余裕がないと判定した上で、ステップＳ３で、ミラー
移動幅に余裕がないと判定した場合（Ｎｏ）には、屈折
率又はミラー位置を初期値に設定しなおして、屈折率を
初期値に設定した場合にはステップＳ５にジャンプし、
ミラー位置を初期値に設定した場合にはステップＳ１６
にジャンプし、以降の処理を行なう。

【００８９】ステップＳ２で、屈折率の可変幅に余裕が
ないと判定した上で、ステップＳ３で、ミラー移動幅に
余裕がないと判定した場合には、屈折率が最小値で余裕
がない場合にはミラー位置は最大値で余裕がなく、屈折
率が最大値で余裕がない場合にはミラー位置は最小値で
余裕がないケースに限られるので、屈折率又はミラー位
置を初期値に設定しなおせば、必ず以降はモード・ホッ
プ回避のための処理を行なうことができる。

【００９０】もう一言付加えれば、屈折率が最小値で余
裕がない場合にはミラー位置は最大値で余裕がなく、屈
折率が最大値で余裕がない場合にはミラー位置は最小値
で余裕がないケースに限られると考えることができるの
は、外部共振器の共振器長が屈折率と物理的な長さの積
で決まるので、屈折率とミラー位置が共に最大値又は最
小値になることを考慮する必要がないという理由によっ
ている。従って、もし、屈折率とミラー位置が共に最大
値又は最小値になっているのであれば、外部共振型レー
ザの初期設定が屈折率とミラー位置の制御範囲の端に設
定されていたのが原因で、初期設定をやりなおす必要が
ある。

【００９１】上記の如く、受光レベルに変化を検出した
後に発振波長を測定するので、図５の処理ではカウンタ
ｐを使用する必要がなくなる。図６は、本発明のモード
・ホップ回避処理（その３）で、受光レベルの変化の検
出、発振波長の測定及び発振波長と受光レベルの関係を
格納したテーブルの参照によってモード・ホップの回避
を行なうものである。従って、図６の処理を行なうため
には、図１の構成に発振波長を測定する構成及び発振波
長と受光レベルの関係を格納したテーブルを付加する必
要がある。以降、図６の符号に沿ってモード・ホップ回
避の処理を説明する。

【００９２】Ｓ３０．受光素子の受光レベルに変化があ
ったか否か判定する。受光素子の受光レベルに変化がな
かったと判定した場合（Ｎｏ）には、処理を一旦終了す
る。 Ｓ３１．ステップＳ３０で、受光素子の受光レベルに変
化があったと判定した場合（Ｙｅｓ）には、現状のミラ
ー位置と屈折率の制御量（印加熱量又は印加電圧）を測
定（確認）する。

【００９３】Ｓ３２．発振波長を測定する。 Ｓ３３．テーブルから、所定発振波長を与えるミラー位
置及び屈折率の制御量を読み出す。 Ｓ３４．ステップＳ３１で測定（確認）したミラー位置
及び屈折率の制御量から所定発振波長を与えるミラー位
置及び屈折率の制御量に到達するまでの変化量を算出す
る。

【００９４】Ｓ３５．ミラー位置と屈折率の制御量をス
テップＳ３４で算出した変化量だけ更新する。これで、
ミラー位置と屈折率の制御量は所定発振波長を与えるよ
うになったので、処理を終了する。尚、外部共振型レー
ザの経年変化があって、テーブルから読み出したミラー
位置と屈折率の制御量に誤差があると予想される場合に
は、図４又は図５の処理のようなミラー位置と屈折率を
試行錯誤的に変化させる処理を組み合わせれば、更に正
確な発振波長に収斂させることが可能になる。

【００９５】これで、図１に示した基本構成によるモー
ド・ホップ回避機能、図１の基本構成に適用される具体
的な光学素子などの説明を終了し、図１の基本構成の変
形について説明する。図７は、本発明の外部共振型レー
ザの基本構成（その２）である。図７において、１はレ
ーザ発振の種となる光を発生するレーザ媒質、２はレー
ザ媒質１の出力光のうち所定の波長の光成分を選択する
波長選択素子、３は波長選択素子２が選択した波長の光
を反射させてレーザ媒質１にフィードバックするミラー
である。

【００９６】７は波長選択素子２とミラー３の間を往復
する直交する直線偏光の光に位相差を与える位相シフト
手段で、屈折率が固定の位相シフト手段７−１と屈折率
が可変の位相シフト手段７−２の組み合わせによって構
成されている。８は入射される直交する直線偏光の光を
円偏光の光に変換してミラー３に出力し、ミラー３から
反射されてくる円偏光の光を偏光の方向に対応する直線
偏光の光に再変換する偏光変換手段である。又、９は入
射される直線偏光の偏光角に対応する光量の光を透過さ
せる偏光子、６は入射される光の光量に対応する電気量
を出力する受光素子で、偏光子９及び受光素子６とによ
って偏光依存性のある受光手段を構成する。

【００９７】図７の構成は基本的には図１の構成と類似
の構成を有しており、図１の構成と同じ機能を有してい
る。一つ異なるのは、位相シフト手段７が屈折率が固定
の位相シフト手段７−１と屈折率が可変の位相シフト手
段７−２の組み合わせによって構成されていることであ
る。先にも説明した如く、位相シフト手段がなくて位相
差φが０の時には、受光素子６において外部共振器の共
振器長の変化を検出することができなくなるので、該位
相差φが微小な時には外部共振器の共振器長の変化の検
出感度が鈍くなるという問題が生ずる。

【００９８】そこで、図７のように位相シフト手段７を
屈折率が固定の位相シフト手段７−１と屈折率が可変の
位相シフト手段７−２の組み合わせによって構成すれ
ば、屈折率固定の位相シフト手段７−１の存在によって
該位相差φが微小になる恐れがなくなって、外部共振器
の共振器長の変化の検出感度を必要な程度に保つことが
可能になる。

【００９９】図８は、本発明の外部共振型レーザの基本
構成（その３）である。図８において、１はレーザ発振
の種となる光を発生するレーザ媒質、２はレーザ媒質１
の出力光のうち所定の波長の光成分を選択する波長選択
素子、３は波長選択素子２が選択した波長の光を反射さ
せてレーザ媒質１にフィードバックするミラーである。

【０１００】７は波長選択素子２とミラー３の間を往復
する直交する直線偏光の光に位相差を与える位相シフト
手段で、図８の如く、位置によって厚さが異なる屈折率
が固定の位相シフト手段によって構成されている。８は
入射される直交する直線偏光の光を円偏光の光に変換し
てミラー３に出力し、ミラー３から反射されてくる円偏
光の光を偏光の方向に対応する直線偏光の光に再変換す
る偏光変換手段である。又、９は入射される直線偏光の
偏光角に対応する光量の光を透過させる偏光子、６は入
射される光の光量に対応する電気量を出力する受光素子
で、偏光子９及び受光素子６とによって偏光依存性のあ
る受光手段を構成する。

【０１０１】図８の構成は基本的には図１の構成と類似
の構成を有しており、図１の構成と同じ機能を有してい
る。一つ異なるのは、位相シフト手段７が位置によって
厚さが異なる屈折率が固定の位相シフト手段によって構
成されていることである。この位相シフト手段７を図８
の矢印の方向（Ｘ軸方向）に移動すれば、光に対する位
相シフト手段の厚さを可変にできるので、外部共振型レ
ーザの共振器長を可変に制御することができる。

【０１０２】図９は、本発明の外部共振型レーザの基本
構成（その４）である。図９において、１はレーザ発振
の種となる光を発生するレーザ媒質、２はレーザ媒質１
の出力光のうち所定の波長の光成分を選択する波長選択
素子、３は波長選択素子２が選択した波長の光を反射さ
せてレーザ媒質１にフィードバックするミラーである。

【０１０３】７は波長選択素子２とミラー３の間を往復
する直交する直線偏光の光に位相差を与える位相シフト
手段で、図９の如く、厚さが一定で屈折率固定の位相シ
フト手段７−１と、位置によって厚さが異なる屈折率が
固定の位相シフト手段７−３によって構成されている。
８は入射される直交する直線偏光の光を円偏光の光に変
換してミラー３に出力し、ミラー３から反射されてくる
円偏光の光を偏光の方向に対応する直線偏光の光に再変
換する偏光変換手段である。又、９は入射される直線偏
光の偏光角に対応する光量の光を透過させる偏光子、６
は入射される光の光量に対応する電気量を出力する受光
素子で、偏光子９及び受光素子６とによって偏光依存性
のある受光手段を構成する。

【０１０４】図９の構成は基本的には図１の構成と類似
の構成を有しており、図１の構成と同じ機能を有してい
る。一つ異なるのは、位相シフト手段７が厚さが一定で
屈折率固定の位相シフト手段７−１と、位置によって厚
さが異なる屈折率が固定の位相シフト手段７−３によっ
て構成されていることである。この位相シフト手段７を
図９の矢印の方向（Ｘ軸方向）に移動すれば、光に対す
る位相シフト手段の厚さを可変にできるので、外部共振
型レーザの共振器長を可変に制御することができる上、
図７の構成と同様に、屈折率固定の位相シフト手段７−
１の存在によって該位相差φが微小になる恐れがなくな
って、外部共振器の共振器長の変化の検出感度を必要な
程度に保つことが可能になる。

【０１０５】図１０は、本発明の外部共振型レーザの基
本構成（その５）である。図１０において、１はレーザ
発振の種となる光を発生するレーザ媒質、２はレーザ媒
質１の出力光のうち所定の波長の光成分を選択する波長
選択素子、３は波長選択素子２が選択した波長の光を反
射させてレーザ媒質１にフィードバックするミラーであ
る。

【０１０６】７は波長選択素子２とミラー３の間を往復
する直交する直線偏光の光に位相差を与える位相シフト
手段で、厚さが一定な位相シフト手段によって構成され
ている。８は入射される直交する直線偏光の光を円偏光
の光に変換してミラー３に出力し、ミラー３から反射さ
れてくる円偏光の光を偏光の方向に対応する直線偏光の
光に再変換する偏光変換手段である。又、１０はミラー
３から反射されてくる光の一部を分岐するカプラ、９は
入射される直線偏光の偏光角に対応する光量の光を透過
させる偏光子、６は入射される光の光量に対応する電気
量を出力する受光素子で、偏光子９及び受光素子６とに
よって偏光依存性のある受光手段を構成する。

【０１０７】図１０の構成は基本的には図１の構成と同
じ機能を有している。一つ異なるのは、ミラー３から反
射されてくる光をカプラ１０によって一部分岐して取り
出し、偏光子９と受光素子６よりなる偏光依存性のある
受光手段に供給している点だけである。即ち、ミラー３
を並進することと、位相シフト手段７の屈折率を変化さ
せることで外部共振型レーザの共振器長を可変に制御す
ることができる。

【０１０８】尚、図１０の構成において、位相シフト手
段７に図７乃至図９の構成の位相シフト手段を適用する
ことも当然可能である。 （付記１） レーザ媒質と波長選択素子とミラーとによ
って共振器を構成する外部共振型レーザにおいて、該共
振器内に、直交する直線偏光の光の位相を互いにシフト
させる位相シフト手段と、直線偏光の光を円偏光に変換
し、円偏光の光を偏光の回転方向に対応する直線偏光に
再変換する偏光変換手段とを設け、該偏光変換手段で直
線偏光に再変換された光を該波長選択素子を介して該レ
ーザ媒質にフィードバックし、該偏光変換手段を透過し
た円偏光の光を偏光依存性のある受光手段にて検出し、
該受光手段の検出出力に応じて該共振器の光学的長さを
制御することを特徴とする外部共振型レーザ。

【０１０９】（付記２） レーザ媒質と波長選択素子と
ミラーとによって共振器を構成する外部共振型レーザに
おいて、該共振器内に、直交する直線偏光の光の位相を
互いにシフトさせる位相シフト手段と、直線偏光の光を
円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回転方向に対応す
る直線偏光に再変換する偏光変換手段と、該偏光変換手
段と該ミラーとの間にカプラとを設け、該偏光変換手段
で直線偏光に再変換された光を該波長選択素子を介して
該レーザ媒質にフィードバックし、該ミラーで反射した
円偏光の光を該カプラを介して偏光依存性のある受光手
段にて検出し、該受光手段の検出出力に応じて該共振器
の光学的長さを制御することを特徴とする外部共振型レ
ーザ。

【０１１０】（付記３） 付記１又は付記２のいずれか
に記載の外部共振型レーザにおいて、上記位相シフト手
段を複屈折板とし、上記偏光変換手段をλ／４板とし、
上記偏光依存性のある受光手段を偏光子と受光素子とで
構成することを特徴とする外部共振型レーザ。 （付記４） 付記３記載の外部共振型レーザにおいて、
上記λ／４板の一方の面にハーフ・ミラーを形成するこ
とを特徴とする外部共振型レーザ。

【０１１１】（付記５） 付記３又は付記４のいずれか
に記載の外部共振型レーザにおいて、上記受光素子の出
力によって上記複屈折板の屈折率を変化させて上記共振
器の光学的長さを制御する構成を備えるか、又は、上記
受光素子の出力によって上記ミラーを並進させて上記共
振器の光学的長さを制御する構成を備えることを特徴と
する外部共振型レーザ。

【０１１２】（付記６） 付記３乃至付記５のいずれか
に記載の外部共振型レーザにおいて、上記複屈折板は、
電気光学効果によって屈折率を制御可能であるか、又
は、熱光学効果によって屈折率を制御可能であるかのい
ずれかであることを特徴とする外部共振型レーザ。

【０１１３】（付記７） 付記３記載の外部共振型レー
ザにおいて、上記偏光子の偏光角は、偏光変換手段を透
過した円偏光の光が干渉して生ずる直線偏光の偏光角が
０度及び９０度である時に、４５度であることを特徴と
する外部共振型レーザ。 （付記８） 付記５記載の外部共振型レーザにおいて、
上記複屈折板は、屈折率制御可能な単一の複屈折板によ
って構成されるか、又は、屈折率固定の複屈折板と、屈
折率制御可能な複屈折板とによって構成されるのいずれ
かであることを特徴とする外部共振型レーザ。

【０１１４】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、外部
共振型レーザに関し、小型でモード・ホップを正確に回
避できる外部共振型レーザを実現することが可能にな
る。即ち、第一の発明によれば、レーザ媒質と波長選択
素子とミラーとによって共振器を構成する外部共振型レ
ーザにおいて、該共振器内に、直交する直線偏光の光の
位相を互いにシフトさせる位相シフト手段と、直線偏光
の光を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回転方向に
対応する直線偏光に再変換する偏光変換手段とを設け、
該偏光変換手段で直線偏光に再変換された光を該波長選
択素子を介して該レーザ媒質にフィードバックするの
で、該波長選択素子の波長選択特性と該共振器の光学的
長さに対応する波長で発振が生ずる。この上、位相シフ
ト手段によって互いに位相シフトされた直交する直線偏
光の光が該偏光変換手段によって逆向きの円偏光に変換
されるので、該偏光変換手段を透過した光は直線偏光と
なって偏光依存性のある受光手段に供給されるため、該
偏光依存性のある受光手段の受光レベルは共振器の光学
的長さの変化に応じて変化する。従って、該受光レベル
の変化を検出することによって該共振器の光学的長さを
調整することができ、該共振器の光学的長さに変化が生
じても該変化を補正することができるのでモード・ホッ
プが生ずることがなくなる。

【０１１５】又、第二の発明によれば、レーザ媒質と波
長選択素子とミラーとによって共振器を構成する外部共
振型レーザにおいて、該共振器内に、直交する直線偏光
の光の位相を互いにシフトさせる位相シフト手段と、直
線偏光の光を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回転
方向に対応する直線偏光に再変換する偏光変換手段とを
設け、該偏光変換手段で直線偏光に再変換された光を該
波長選択素子を介して該レーザ媒質にフィードバックす
るので、該波長選択素子の波長選択特性と該共振器の光
学的長さに対応する波長で発振が生ずる。この上、位相
シフト手段によって互いに位相差を与えられた直交する
直線偏光の光が該偏光変換手段によって逆向きの円偏光
に変換されるので、該偏光変換手段を透過した光は該位
相差がない時とは偏光角が異なる直線偏光となって該カ
プラを介して偏光依存性のある受光手段に供給されるた
め、該偏光依存性のある受光手段の受光レベルは該位相
差の変化に応じて変化する。該位相差と該共振器と光学
的長さは一義的な関係にあるので、該受光レベルの変化
を検出することによって該共振器の光学的長さを調整す
ることができ、該共振器の光学的長さに変化が生じても
該変化を補正することができるのでモード・ホップが生
ずることがなくなる。

【０１１６】又、第三の発明によれば、該複屈折板の結
晶光学軸を直線偏光に対して０度又は９０度に設定すれ
ば、直交する直線偏光の光の位相を互いにシフトさせる
ことができて、上記共振器内において直交する直線偏光
の光に位相差を付けることができる。このようにして位
相差がついた直交する直線偏光の光を該λ／４板によっ
て向きが異なる円偏光に変換して該偏光子に供給するの
で、該偏光子を透過する光の強度は該位相差によって変
化する。該位相差は該共振器の光学的長さとは一義的な
関係にあるので、該受光素子の検出レベルの変化を検出
することによって該共振器の光学的長さを調整すること
ができ、該共振器の光学的長さに変化が生じても該変化
を補正することができるのでモード・ホップが生ずるこ
とがなくなる。

【０１１７】又、第四の発明によれば、該λ／４板の一
方の面にハーフ・ミラーを形成して該λ／４板で円偏光
に変換された光の一部を反射して上記複屈折板を介して
フィードバックするので、上記共振器の構成を簡易にす
ることができる。更に、第五の発明によれば、該複屈折
板の屈折率を変化させるか、該ミラーを並進させるので
該共振器の光学的長さを制御することができ、該共振器
の光学的長さに変化が生じても該変化を補正することが
できるのでモード・ホップが生ずることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の外部共振型レーザの基本構成（その
１）。

【図２】 図１の構成における発振波長決定を示す図。

【図３】 本発明の外部共振型レーザの構成例。

【図４】 本発明のモード・ホップ回避処理（その
１）。

【図５】 本発明のモード・ホップ回避処理（その
２）。

【図６】 本発明のモード・ホップ回避処理（その
３）。

【図７】 本発明の外部共振型レーザの基本構成（その
２）。

【図８】 本発明の外部共振型レーザの基本構成（その
３）。

【図９】 本発明の外部共振型レーザの基本構成（その
４）。

【図１０】 本発明の外部共振型レーザの基本構成（そ
の５）。

【図１１】 従来の外部共振型レーザの基本構成。

【図１２】 図１１の構成における発振波長決定を示す
図。

【図１３】 従来の外部共振型レーザの構成例。

【図１４】 従来のモード・ホップ検出のための構成
例。

【図１５】 モード・ホップを説明する図。

【符号の説明】

１ レーザ媒質 ２ 波長選択素子 ３ ミラー ４ コリメート・レンズ ５ カプラ ６、６ａ 受光素子 ７ 位相シフト手段 ７−１ 屈折率固定の位相シフト手段 ７−２ 屈折率が可変の位相シフト手段 ７−３ 位置によって厚さが異なる屈折率が固定の位相
シフト手段 ８ 偏光変換手段 ９ 偏光子 １０ カプラ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒質と波長選択素子とミラーとに
   よって共振器を構成する外部共振型レーザにおいて、 該共振器内に、 直交する直線偏光の光の位相を互いにシフトさせる位相
   シフト手段と、 直線偏光の光を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回
   転方向に対応する直線偏光に再変換する偏光変換手段と
   を設け、 該偏光変換手段で直線偏光に再変換された光を該波長選
   択素子を介して該レーザ媒質にフィードバックし、該偏
   光変換手段を透過した円偏光の光を偏光依存性のある受
   光手段にて検出し、該受光手段の検出出力に応じて該共
   振器の光学的長さを制御することを特徴とする外部共振
   型レーザ。
2. 【請求項２】 レーザ媒質と波長選択素子とミラーとに
   よって共振器を構成する外部共振型レーザにおいて、 該共振器内に、 直交する直線偏光の光の位相を互いにシフトさせる位相
   シフト手段と、 直線偏光の光を円偏光に変換し、円偏光の光を偏光の回
   転方向に対応する直線偏光に再変換する偏光変換手段
   と、 該偏光変換手段と該ミラーとの間にカプラとを設け、 該偏光変換手段で直線偏光に再変換された光を該波長選
   択素子を介して該レーザ媒質にフィードバックし、該ミ
   ラーで反射した円偏光の光を該カプラを介して偏光依存
   性のある受光手段にて検出し、該受光手段の検出出力に
   応じて該共振器の光学的長さを制御することを特徴とす
   る外部共振型レーザ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２のいずれかに記載
   の外部共振型レーザにおいて、 上記位相シフト手段を複屈折板とし、 上記偏光変換手段をλ／４板とし、 上記偏光依存性のある受光手段を偏光子と受光素子とで
   構成することを特徴とする外部共振型レーザ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の外部共振型レーザにおい
   て、 上記λ／４板の一方の面にハーフ・ミラーを形成するこ
   とを特徴とする外部共振型レーザ。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４のいずれかに記載
   の外部共振型レーザにおいて、 上記受光素子の出力によって上記複屈折板の屈折率を変
   化させて上記共振器の光学的長さを制御する構成を備え
   るか、 又は、 上記受光素子の出力によって上記ミラーを並進させて上
   記共振器の光学的長さを制御する構成を備えることを特
   徴とする外部共振型レーザ。