JPH02157635A - 光波長安定度検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーザ等の光源について、その発光波
長の安定度を検査する装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体レーザは、光フアイバ通信、光ディスク等の光源
に数多く用いられているが、高性能化には出力波長の安
定化が必要である。しかし、通常、発光波長は温度変化
によって変動し易いなど安定度に欠点がある。また、製
品に特性のばらつきが生じ易い。したがって、波長安定
度を要する利用にあたっては、あらかじめその検査を実
施する必要がある。しかし従来の検査では、回折格子を
内蔵した精密分光器を用いて光学系を独自に組むか、ま
たは光スペクトルアナライザと呼ばれる光学干渉系内蔵
の高価な分光装置を必要とした。前者では特に広い設置
スペースを要する問題がある。また、いずれの方法を採
用するにしても、検査装置が高価になるので、半導体レ
ーザの検査コストがかさむ問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、ホログラムレンズを用いて分光系を簡易に構
成することにより、発光波長の安定度を容易に検査でき
る光波長安定度検査装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の光波長安定度検査装置は、検査対象の光源から
の出射光を受けるホログラムレンズと、該ホログラムレ
ンズによる集光位置付近に設置された単一または１列に
並んだ複数の微小な光学的開口と、該光学的開口の各々
を通過した光を受ける光センサと、該光センサの出力を
記録する装置とにより構成する。

すなわち本発明は、半導体レーザ（または半導体レーザ
からの光を受けた光ファイバ）からの出射光を、ホログ
ラムレンズを介して特定の位置に設置された光学的開口
（光ファイバのコア、ピンホール、スリットなど）に入
射し、この光学的開口を通過した光の強度を測定するこ
とにより、半導体レーザの発光波長安定度を検査する。

従来技術では、グレーティングや干渉系を内蔵した精密
な分光器で実施していたが、本発明は以下に説明するよ
うに、極めて簡単なホログラムレンズと光パワ検出との
組合せで、検査を容易に行うので、両者には大きな違い
がある。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図であ
って、１は検査対象の半導体レーザ、２は光ファイバ、
３はホログラムレンズ、４は受光用光ファイバ、５は光
センサ、６は記録装置、７は光コネクタ、８は半導体レ
ーザ結合用光ファイバである。この実施例では、本発明
の検査装置は、破線で囲まれた本体と、記録装置６とに
より構成される。この図のように、本体と電気的にだけ
結合していてもよいし、本体と物理的に一体の形態でも
よい。この記録装置は、導光部とホログラムレンズなど
小さな部品の少数の集合と受光電気系の組合せであるか
ら、簡単、経済的な構成である。

半導体レーザ１から出射された光は、光ファイバ８と２
を通って薄板形状のホログラムレンズ３に入射し、ホロ
グラムレンズ３の回折作用で集光される。この点に受光
用光ファイバ４の端面を設置しておき、光を受ける。受
光用光ファイバに入った光は、他端に取り付けられた光
センサ５に導いてその強度を測る。この測定値を記録装
置６に記録する。

本発明の原理は、薄膜状のホログラムレンズの集光点位
置が光の波長に依存することを利用したものである。受
光用光ファイバの受光端面を、光が最も集束した位置に
取り付ける。この後、半導体レーザの波長が変化すると
、光の集束位置が移動するため、受光用光ファイバに入
る光の量が少なくなるので、光センサの出力が変化する
。したがって、半導体レーザの出射波長の変化を、光セ
ンサの出力の変化として計測できる。

本発明は、ホログラムレンズによる光の集束点の位置が
、入射光の波長によって異なってくるという特性を利用
したものである。そこで、本発明の構成に不可欠なホロ
グラムレンズについて説明する。

ホログラムレンズは、集光レンズの作用をもつように作
製したホログラムである。一般のホログラムは、感光材
料を塗布した基板に、同一レーザからの二つのビームを
適切な条件で同時に重ねて照射し、その干渉縞を記録し
たものである。この干渉縞が一種の回折格子として働く
ことにより、入射光に対して特定の作用を及ぼす。

よく知られるように、光の回折角は波長に依存して大き
く変化する。波長が大きいと回折角も大きくなる。した
がって、回折の効果を利用し、たホログラムレンズによ
る光の集束位置は、波長の変化によって移動する。この
現象については、例えば、応用物理学会誌第５７巻、第
５号、ｐｐ、　７５９−７６１（１９８Ｂ）に掲載され
ている論文；゛°グレーティングレンズ′°のなかで述
べられている。

ホログラムを作製するための感光材料としては、Ｓ艮塩
、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー、サーモプラス
チックなどがあるが、いずれの材料でもホログラムレン
ズを作製できる。通常は感光材料を保護する必要から、
記録後は感光面にガラス板を貼り付けてシールする。ホ
ログラムレンズの形状は単なる貼り合わせガラスになり
、薄板状で扱いが容易である。収差を小さくするといっ
た目的で、ホログラムを２枚張り合わせ一つのホログラ
ムレンズとすることも行われるが、取扱いは同じである
。

第２図はホログラムの光学的作用の説明図である。第２
図（ａ）は光ファイバ２．４が同一軸上にある場合、（
ｂ）　、　（ｃ）は同一軸上にない場合である。光ファ
イバ２からの出射光は、実線で示したようにホログラム
レンズを通過した後、光ファイバの中心のコアで受光さ
れる。波長が長い方に変動した場合、ホログラムレンズ
を通過した後の光線は、破線で示したように変化する。

ホログラムレンズ　は、通常の光学レンズのような同一
軸上の集光機能のほかに、第２図（ｂ）　、　（ｃ）の
ように光軸を曲げる機能とを併せ持たせることができる
。

第２図（ａ）のように、一般の集光レンズと同様、光軸
が変化しない場合は、波長変化に対して集束点の位置が
光軸上を前後に移動するだけである。

したがって、受光用光フアイバ端面では光束のスポット
径が変化するだけである。一方、第２図（ｂ）（ｃ）の
ように、光軸を曲げて集束させているものは、波長の変
化によって、光軸の曲がる角度自体も変化する。したが
って、光束のスポット径の変化のほかに、スポットの位
置が受光用光ファイバの軸からずれることになるので、
前者の場合よりも、受光用光ファイバへの入射光量の変
化が大きくなる。したがって後者の方では感度を高くで
きる利点がある。また前者では、ホログラムレンズの回
折効率が大きくないときは、回折しないで直進する光成
分（Ｏ次回折光）の一部が、光フアイバ端面に入射する
ことになるが、後者では０次回折光は空間的に分離され
るので、そのようなノイズの恐れがない。

第３図は光の波長が変化した時の光束の変化を説明する
ための原理図である。第３図（ａ）はホログラムによる
光線の方向の変化を表わしている。

ホログラムの同一の位置に入射する波長λ、λ２の光線
の入射角をα１．α２とし、出射角を０１．θ２とする
。このとき、次の関係が与えられる。

この関係式をもとに、第２図（ｂ）の場合を例にとって
、軸ずれの大きさを説明する。第３図（ｂ）に示したよ
うに、ホログラムレンズからの出射光の光軸とホログラ
ムレンズへの入射光の光軸とがなす角度をθ、波長をλ
としたとき、波長がΔλだけ変化したとすれば、弐（１
）において、α１＝α２＝Ｏ１λ、＝λ、　λ２＝λ、
＋Δλ、　θ、＝θ、　θ２＝θ＋Δとすればよい。こ
のとき、出射光の光軸の変化量Δθは次式で近似的に与
えられる。

λ また、ホログラムレンズから光の集束点までの距離をＬ
とすれば、集束点の光ファイバに対する軸ずれ量ΔＸは
、 Ｊｘ＝Ｌ　　・Δθ である。

そこで、例えばλ＝０．７８μ齢、θ＝４５°、Ｌ＝５
０１とし、Δλ＝０．１　ｒｖを与えると、Δｘ　’ｉ
　２μｍが得られる。すなわち、０．１μｍの波長変化
によって、約２μ−の軸ずれが生じる。光ファイバ２、
受光用光ファイバ４にシングルモード光ファイバを採用
しているとすれば、光ファイバのコアの直径は５〜１０
μｍであり、ホログラムレンズによる光のスポットの直
径も同等の大きさにまで小さくできる。コア直径１０μ
ｍの光フアイバ相互を突き合わせ、一方から他方へ光を
入射するとき、軸ずれのない状態から軸ずれを２μ−与
えた場合には、受光パワの低下は１割強になることが計
算できる。

したがって、この実施例において、２μ−の軸ずれによ
る受光パワの変化は十分検知可能である。

０、　Ｉｎ−の波長分解能は、回折格子による分光器で
も一般には困難である。なお、感度を下げたい場合、す
なわち波長の大きな変動を検知したいときには、受光用
光ファイバ４の受光端面をビーム径の大きな位置にずら
せばよい。光ファイバ２、受光用光ファイバ４を、コア
径の大きな多モード光ファイバにしてもよい。

なお、半導体レーザの発光波長に、ばらつきがあること
を前提にすれば、まず検査開始時に光を受光用光ファイ
バで受かるように設定できるようになっていなければな
らない。このためには、光ファイバ２の出射端面の位置
、ホログラムレンズの傾き、受光用光ファイバの受光端
面位置のうち、少なくとも一つを調整可能にしておけば
よい。

また、ホログラムからの出射光を集光点付近で受ける素
子は、この実施例では受光用光ファイバを用いたが、こ
の代わりに、ピンホールを置き、光センサはそのピンホ
ールを通過した光を受けるようにしてもよい。また、ピ
ンホールの代わりにスリットでもよい。ただし、スリッ
トの場合には、スリットは長さ方向が紙面に垂直になる
よう配置する。なお、スリットの場合には、紙面垂直方
向の位置決めが非常に簡単になるという利点がある。

以上は、光干渉によって作製する狭義のホログラムレン
ズを前提にした説明であったが、リソグラフィ技術を利
用して作製される広義のホログラム（計算機ホログラム
）によって作製したレンズも用いることが可能である。

計算機ホログラムは、計算機により仮想的にホログラム
面での干渉光の位相差を計算し、これをもとに、電子ビ
ーム露光、紫外線露光等の手法により基板の表面の形状
を加工するものである。このホログラム基板を透過する
時に光の位相が変化して、先に述べた光干渉法による狭
義のホログラムと同様の作用をする。この技術により、
ホログラムレンズを作製することができ、これを本発明
に用いることもできる。最も単純な設計のものは、寸法
が小さいことを除けば、従来、フレネルレンズと呼ばれ
ているものと同じである。この技術によっても、光軸を
曲げて光を集束させるホログラムを作製することができ
る。

第４図は本発明の第２の実施例の構成を示す平面図であ
る。半導体レーザ１からの光は、光コネクタ７を介して
本発明装置に入射された後、二つに分岐される。一方の
光は、第１の実施例のようにホログラムレンズ３に入射
する。他方の光は、光ファイバ２′を通って光センサ５
゛に導かれ、この光センサの信号は記録装置６に伝えら
れる。

また、ホログラムレンズ３の集束光は、２本の光ファイ
バ４．４で受ける。各々の入射光は、光センサ５，５で
検知され、信号が記録装置６に伝達される。

２本の光ファイバ４．４で受けることにより、両者の光
強度の差から波長の変化方向と変化量がわかる。光強度
の差と、波長変化量との関係は、あらかじめ校正してお
く。なおこの光強度差の測定値は、光センサ５′からの
光強度値で規格化することにより、半導体レーザの出射
光の強度変動の影響を避けるようにしている。これらの
演算は記録装置で行う、第１の実施例では、半導体レー
ザの出射光の強度に変動があると、測定誤差に影響して
くるが、この実施例のように、半導体レーザの出射光の
強度を同時に測定し、これを用いて波長変化の信号光を
規格化することにより、測定誤差を小さ（することがで
きる。強度モニタ信号の出力端子をもつ半導体レーザの
場合は、実施例のように光を分岐する必要はなく、端子
からの信号を直接、記録装置に入力すればよい。

なお第２の実施例では、ホログラムレンズからの光を受
ける光ファイバは２本であるが、さらに多くの光ファイ
バを並べておき、任意の２本の光ファイバを利用するな
らば、広い波長範囲にわたって波長変化の測定が可能に
なる、またこの光ファイバが、複数のコアを有するマル
チコア形光ファイバであってもよい。

第５図は本発明の第３の実施例の構成を示す平面図であ
って、ホログラムによる集束光をアレイ形光センサ５＃
で受光するものである。各々の受光素子の並び間隔が十
分に狭い場合には、最大の測定強度を示す受光素子を捜
すことにより、波長の変化を、集束光の位置の変化とし
て逐次測定できる。受光素子の並び間隔が大きい場合に
は、第２の実施例のように、任意の受光素子についての
測定強度の差をもとに、波長の変化を測定することがで
きる。

（発明の効果） 以上説明したように、従来、高価かつ大きな精密分光器
で計測してきた半導体レーザの波長安定性を、本発明は
、ホログラムレンズと、光束の位置の変化に敏感な光フ
ァイバとの光結合を用いることにより、簡易、かつ小形
な光学系で測定できるようにしたものである。構成部品
が削減されるので、高感度でありながら検査装置の大幅
な小型化と低価格化が実現できる。したがって、本発明
を用いれば、大量の半導体レーザを並行して検査を実施
するなどの検査の迅速化、および検査コストの軽減が可
能になるので、本発明は半導体レーザの利用に大きな便
宜を与えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図、 第２図はホログラムレンズの光学的作用を説明する原理
図、 第３図は光の波長が変化した時の光束の変化を説明する
ための原理図、 第４図は第２の実施例の構成を示す平面図、第５図は第
３の実施例の構成を示す平面図である。 １・・・半導体レーザ、２．２’光フアイバ３・・・ホ
ログラムレンズ ４．４′・・・受光用光ファイバ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検査対象の光源からの出射光を受けるホログラムレ
   ンズと、該ホログラムレンズによる集光位置付近に設置
   された単一または１列に並んだ複数の微小な光学的開口
   と、該光学的開口の各々を通過した光を受ける光センサ
   と、該光センサの出力を記録する装置とから構成される
   ことを特徴とする光波長安定度検査装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光波長安定度検査装置
   において、ホログラムレンズによる集束光を受ける光学
   的開口とこれに付属する光センサの両者の代わりに、ア
   レイ形光センサがホログラムレンズによる集光位置付近
   に設置されていることを特徴とする光波長安定度検査装
   置。