JP7245093B2 - 光学キット、及び、光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学キット、及び、光学装置に関する。

非特許文献１には、外部キャビティ量子カスケードレーザシステムが記載されている。このレーザシステムは、量子カスケードレーザと、量子カスケードからのレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、コリメートレンズからのレーザビームの０次回折光を所定方向に反射する回折格子と、回折格子からの０次回折光をさらに反射するミラーと、を備えている。回折格子とミラーとは、共通の回転可能なプラットフォームに実装されている。回折格子の反射面とミラーの反射面との延長線が、プラットフォームの回転軸において厳密に交差するようにされている。

R.Wysocki1、R.Lewicki、R.F.Curl、F.K.Tittel、L.Diehl、F.Capasso、M.Troccoli、G.Hofler、D.Bour、S.Corzine、R.Maulini、M.Giovannini、J.Faist "Widely tunable mode-hop free external cavity quantumcascade lasers for high resolution spectroscopy and chemical sensing" Applied PhysicsB, September 2008, Volume 92, Issue 3, pp305－311

上述したようなレーザシステムの構成を採用することにより、波長のチューニングプロセスの際に、出力レーザビームの位置及び方向の固定を図ることができる。このようなレーザシステムの運用において、波長帯の変更等のために使用者がレーザ光源を交換した場合に出力光の位置及び方向がずれると、それに応じて後段の光学系の調整を行う必要がある。したがって、レーザシステム側でレーザ光源の交換後も出射光の位置及び方向を復元することが要求され得る。しかしながら、外部共振器を成立させるための繊細な調整を行いつつ出射光の光軸調整をも同時に行うことは容易でない。さらに、交換したレーザ光源に対応して回折格子を同時に交換する必要がある場合には、波長のチューニングプロセスの際の出力光の位置及び方向の固定が成されるための厳密なアライメントも要求されるため、当該調整がなお困難となる。なお、非特許文献１のように中赤外光のような不可視の光を扱う場合には、当該調整が特に困難となる。

本発明は、出力光の位置及び方向を容易に調整可能とする光学キット、及び、光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学キットは、レーザ光を出力するレーザ光源の外部共振器を含む光学系を構成するための光学キットであって、主面を含むベースと、主面に設けられ、光学系を保持するための保持部と、を備え、光学系は、第１方向にレーザ光が入力されるレンズと、レンズを通過したレーザ光の回折光を第１方向に交差する第２方向に反射する反射型回折格子、及び反射型回折格子からの回折光を第１方向と反対の第３方向に反射するミラーとからなるコーナーリフレクタと、コーナーリフレクタがない場合にレンズを通過したレーザ光が通過する光学開口を形成するように配置された第１開口部材と、コーナーリフレクタからの回折光が順に通過する光学開口を形成するように第３方向に配列される第２開口部材及び第３開口部材と、を含み、保持部は、レンズを保持するためのレンズ保持部と、コーナーリフレクタを保持するためのリフレクタ保持部と、第１開口部材を保持するための第１開口部材保持部と、第２開口部材を保持するための第２開口部材保持部と、第３開口部材を保持するための第３開口部材保持部と、を有し、リフレクタ保持部は、コーナーリフレクタの全体を主面に沿って回動可能に保持する第１機構と、反射型回折格子及びミラーのそれぞれにおいて、回折光の光軸を調整可能とする第２機構と、含む。

この光学キットを用いることにより、次のように出力光の位置及び方向を調整可能である。すなわち、まず、保持部のうちのリフレクタ保持部を除く各保持部に、光学系のうちのコーナーリフレクタを除く各光学部品を保持させる。また、レーザ光源から出力されたレーザ光が、レンズ保持部に保持されたレンズを介して、第１開口部材保持部に保持された第１開口部材の光学開口を通過するように、レーザ光源を設置する。次に、第１開口部材の光学開口を通過したレーザ光の光強度をモニタしつつ、当該光強度の最大値が得られるようにレンズに対するレーザ光源の位置を調整する。これにより、レーザ光源の発光点とレンズの中心との位置合わせが達成される。レンズの中心と第１開口部材の光学開口の中心とは、ベース及び保持部の機械加工精度の範囲で一の直線に一致させ得る。したがって、上記の工程によって、レーザ光源から出力されてレンズを通過するレーザ光の光軸が、当該一の直線に一致させられる。

次に、コーナーリフレクタをリフレクタ保持部に保持させる。そして、コーナーリフレクタを介して第２開口部材の光学開口を通過した回折光の光強度をモニタしつつ、当該光強度の最大値が得られるように、第２機構によって反射型回折格子からの回折光の光軸を調整する。第２開口部材の光学開口を通過した回折光の光強度の最大値が得られたら、第２開口部材の光学開口を十分に拡大するか、或いは第２開口部材を一旦除くかした後に、コーナーリフレクタを介して第３開口部材の光学開口を通過した回折光の光強度をモニタしつつ、当該光強度の最大値が得られるように、第２機構によってミラーからの回折光の光軸を調整する。第２開口部材の光学開口の中心と第３開口部材の光学開口の中心とは、ベース及び保持部の機械加工精度の範囲で上記の一の直線に平行な別の直線に一致させ得る。したがって、第２開口部材の光学開口を通過した回折光の強度をモニタしながらの回折光の光軸調整と、第３開口部材の光学開口を通過した回折光の強度をモニタしながらの回折光の光軸調整と、を交互に繰り返すことにより、第２開口部材及び第３開口部材の光学開口を通過する回折光の光軸を、当該別の直線に一致させ得る。

これらの調整の結果、レーザ光源から出力されてレンズを通過するレーザ光の光軸と、コーナーリフレクタを介して第２開口部材及び第３開口部材の光学開口を通過する回折光の光軸とを、互に平行な２直線に一致させ得る。これにより、反射型回折格子の反射面とミラーの反射面との直交が保証され、第１機構によるコーナーリフレクタの回転によって出力光（回折光）の波長を選択するときの出力光の位置及び方向の固定が図られる。このように、この光学キットによれば、出力光の位置及び方向を容易に調整可能であり、ひいては、出力光の波長を選択するときの出力光の位置及び方向が固定される構成を容易に実現可能となる。

本発明に係る光学キットにおいては、第２機構は、反射型回折格子及びミラーのそれぞれを、互に独立して主面に沿った回転軸の周りに回動可能に保持することにより、回折光の光軸を調整可能としてもよい。このように、反射型回折格子及びミラーのそれぞれを、互に独立して主面に沿った回転軸の周りに回動可能に保持することによって、回折光の光軸を調整可能とできる。

本発明に係る光学キットにおいては、リフレクタ保持部は、反射型回折格子が主面に沿って回動しないように反射型回折格子を保持すると共に、ミラーが独立して主面に沿って回動するようにミラーを保持する第３機構をさらに含んでもよい。この場合、回折光の波長の意図しない変更を抑制しつつ、ミラーからの回折光の光軸が調整可能となる。

本発明に係る光学キットにおいては、リフレクタ保持部は、コーナーリフレクタを第２方向に沿って移動可能に保持する第４機構をさらに含んでもよい。この場合、コーナーリフレクタから出射される回折光の光軸調整の自由度が向上する。

本発明に係る光学キットは、レーザ光源を保持するための光源保持部をさらに備えてもよい。この場合、レーザ光源の交換に際して、レーザ光源の位置決めが容易となると共に、レーザ光源の発光点とレンズの中心との位置合わせが容易となる。

本発明に係る光学装置は、上記の光学キットと、レンズ保持部に保持されたレンズと、リフレクタ保持部に保持されたコーナーリフレクタと、第１開口部材保持部に保持された第１開口部材と、第２開口部材保持部に保持された第２開口部材と、第３開口部材保持部に保持された第３開口部材と、を備える。この光学装置によれば、上述した理由によって、出力光の位置及び方向を容易に調整可能であり、ひいては、出力光の波長を選択するときの出力光の位置及び方向が固定される構成を容易に実現可能となる。

本発明によれば、出力光の位置及び方向を容易に調整可能とする光学キット、及び、光学装置を提供できる。

本実施形態に係るレーザ装置を示す模式的な平面図である。 図１に示されたレーザ装置の模式的な側面図である。 図２に示された１つの保持部を示す斜視図である。 光軸調整方法の各工程を示す模式的な平面図である。 光軸調整方法の各工程を示す模式的な平面図である。 光軸調整方法の各工程を示す模式的な平面図である。 光軸調整方法の各工程を示す模式的な平面図である。 本実施形態に係る光学キットを用いて上記の光軸調整方法を行った結果の一例を示すグラフである。 本実施形態に係る光学キットを用いて上記の光軸調整方法を行った結果の一例を示すグラフである。 本実施形態に係る光学キットを用いて上記の光軸調整方法を行った結果の一例を示すグラフである。 第１変形例に係る光学装置を示す模式的な平面図である。 第２変形例に係る光学装置を示す模式的な平面図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一の要素同士、または、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸によって規定される直交座標系を示す場合がある。

図１は、本実施形態に係るレーザ装置を示す模式的な平面図である。図２は、図１に示されたレーザ装置の模式的な側面図である。図１，２に示されるように、レーザ装置（光学装置）１００は、レーザ光源１０１、レンズ１０２、コーナーリフレクタ１０３、アイリス（第１開口部材）１０６、アイリス（第２開口部材）１０７、及び、アイリス（第３開口部材）１０８を備えている。コーナーリフレクタ１０３は、反射型回折格子１０４とミラー１０５とを含む。

レーザ装置１００においては、直線Ｓ１、直線Ｓ２、及び直線Ｓ３が規定されている。直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は仮想線である。直線Ｓ１、直線Ｓ２、及び直線Ｓ３は、Ｘ軸方向（負方向が第２方向である）及びＹ軸方向からみて互に平行である。直線Ｓ１～Ｓ３は、Ｚ軸方向（正方向が第１方向であり、負方向が第３方向である）に沿っている。直線Ｓ１と直線Ｓ２とは、直線Ｓ３からの距離が等距離とされている。換言すれば、直線Ｓ３は、直線Ｓ１と直線Ｓ２との中間を通っている。

レーザ光源１０１は、特に限定されないが、一例として量子カスケードレーザである。レーザ光源１０１は、レーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１の波長は、例えば３μｍ～１５μｍである。レンズ１０２は、レーザ光源１０１から出力されたレーザ光Ｌ１をＺ軸正方向（第１方向）に入力してコリメートする。レンズ１０２は、レーザ光源１０１が上記の量子カスケードレーザである場合には、例えば、ＺｎＳｅやＧｅを材質とした非球面レンズである。一例として、レンズ１０２のレーザ光源１０１側の面、及び、その反対側の面には、低反射コートが施されている。レーザ光源１０１の発光点と、レンズ１０２の中心点とは、互に実質的に一致しており、直線Ｓ１上に位置する。

レンズ１０２から出射されたレーザ光Ｌ１は、コーナーリフレクタ１０３に入射する。コーナーリフレクタ１０３に入射したレーザ光Ｌ１は、反射型回折格子１０４に入射する。反射型回折格子１０４におけるレーザ光Ｌ１の入射位置は、反射型回折格子１０４の反射面１０４ｓ（図３参照）と直線Ｓ１との交点である。また、一例として、レーザ光Ｌ１の反射面１０４ｓへの入射角（直線Ｓ１と反射面１０４ｓの垂線とのなす角）は、３０°である。反射型回折格子１０４の単位長さあたりの溝本数や溝の形状等は、レーザ光源１０１の発振波長に合わせて適宜設定され得るが、レーザ光源１０１が上記の量子カスケードレーザである場合には、例えば、１ｍｍあたりの溝本数を１５０本とし、ブレーズ波長を６μｍとし得る。

反射型回折格子１０４に入射したレーザ光Ｌ１の０次の回折光Ｌ２、すなわち、レンズ１０２を通過したレーザ光Ｌの回折光Ｌ２は、Ｘ軸負方向（第２方向）に反射される。反射型回折格子１０４に入射したレーザ光Ｌ１の１次の回折光Ｌ３は、Ｚ軸負方向に反射されてレンズ１０２に入射し、レンズ１０２により集光されてレーザ光源１０１のレーザ光Ｌ１の出射端面に結合される。これにより、レーザ光源１０１と反射型回折格子１０４との間に外部共振器が形成される。

反射型回折格子１０４によりＸ軸負方向に反射された回折光Ｌ２は、ミラー１０５に入射する。ミラー１０５における回折光Ｌ２の入射位置は、ミラー１０５の反射面１０５ｓ（図３参照）と直線Ｓ２との交点である。反射型回折格子１０４の反射面１０４ｓとミラー１０５の反射面１０５ｓとは、互に直交している。ミラー１０５は、レーザ光源１０１から出力される光に対して９０％以上の反射率を有するものであればよい。一例として、ミラー１０５としては、表面に金を蒸着した平面金ミラーを用いることができる。ミラー１０５に入射した回折光Ｌ２、すなわち、反射型回折格子１０４からの回折光Ｌ２は、Ｚ軸負方向（第３方向）に反射される。

ミラー１０５によって反射された回折光Ｌ２すなわち、コーナーリフレクタ１０３からの回折光Ｌ２は、アイリス１０７の光学開口１０７ｈ及びアイリス１０８の光学開口１０８ｈを順に通過する。すなわち、アイリス１０７，１０８は、コーナーリフレクタ１０３からの回折光Ｌ２が順に通過する光学開口１０７ｈ，１０８ｈを形成するようにＺ軸負方向に配列されている。アイリス１０７の光学開口１０７ｈとアイリス１０８の光学開口１０８ｈとは、Ｘ軸方向に沿って（第１方向及び第３方向に沿って）互いに対向している。アイリス１０６～１０８は、絞りによって穴の径（光学開口のサイズ）を調節可能な光学部材であり、互に同一のものでも異なるものでもよい。ただし、アイリス１０６～１０８の最小の絞り径は、不可視のレーザ光の空間的な光軸位置を一定の範囲内に限定する意図から、少なくとも１ｍｍ以下であることが望ましい。

アイリス１０７とアイリス１０８とは、光学開口１０７ｈの中心と光学開口１０８ｈの中心とが直線Ｓ２上で一致するように配置されている。アイリス１０８を出射した回折光Ｌ２は、外部に出力される。アイリス１０６は、コーナーリフレクタ１０３がない場合に、レンズ１０２を通過したレーザ光Ｌ１が光学開口１０６ｈを通過するように配置されている。レンズ１０２とアイリス１０６の光学開口１０６ｈとは、Ｚ軸方向に沿って（第１方向及び第３方向に沿って）互いに対向している。アイリス１０６は、その光学開口１０６ｈの中心が、レーザ光源１０１の発光点、及び、レンズ１０２の中心と共に、直線Ｓ１上で一致するように配置されている。

レーザ装置１００においては、以上の構成によって、コーナーリフレクタ１０３を回転させて出力光（回折光Ｌ２）の波長を変更したときに、出力光の位置及び方向が不変とされる。

以上のレーザ装置１００、すなわち、レーザ光源１０１とレーザ光源１０１の外部共振器を含む他の光学系とは、光学キット１０により構成されている。引き続いて、レーザ装置１００を構成するための光学キットについて説明する。光学キット１０は、主面１１ｓを含むベース１１と、上記の各光学部品を保持する保持部と、を備える。ベース１１は、平板状であり、一体的に形成されている。なお、ベース１１には、凹凸構造が形成されていてもよい。この場合、当該凹凸構造の複数の凸部の頂面であって、一方側に臨む複数の面が主面１１ｓを構成していてもよい。この場合、主面１１ｓを構成する複数の面は、互に平行であることが望ましい。保持部は、レンズ１０２を保持するための保持部（レンズ保持部）１２、コーナーリフレクタ１０３を保持するための保持部（リフレクタ保持部）１３、アイリス１０６を保持するための保持部（第１開口部材保持部）１６、アイリス１０７を保持するための保持部（第２開口部材保持部）１７、アイリス１０８を保持するための保持部（第３開口部材保持部）１８、及び、レーザ光源１０１を保持するための保持部（光源保持部）１９を有する。

直線Ｓ１～Ｓ３は、ベース１１の主面１１ｓに平行な平面内に位置する。換言すれば、保持部１２、保持部１６～１８、及び、保持部１９は、レンズ１０２の中心、光学開口１０６ｈ～１０８ｈの中心、及び、レーザ光源１０１の発光点の主面１１ｓからの高さが一致するように、レンズ１０２、アイリス１０６～１０８、及び、レーザ光源１０１を保持している。保持部１２と保持部１６とは、Ｚ軸方向に沿って（第１方向及び第３方向に沿って）配置されている。保持部１７と保持部１８とは、Ｚ軸方向に沿って（第１方向及び第３方向に沿って）配置されている。保持部１６～１８は、互に同一のものであってもよい。また、保持部１６～１８の主面１１ｓからの高さは、互に同一であってもよい。これらの場合、保持部１６～１８が同一（同じ高さ）であるため、同一形状のアイリス（開口部材）を用いれば機械加工精度の範囲で容易に光学開口の中心の高さを一致させることができる。

図３は、図２に示された（コーナーリフレクタを保持する）保持部を示す斜視図である。図３に示されるように、保持部１３は、コーナーリフレクタ１０３の全体を回動可能に保持すると共に、反射型回折格子１０４及びミラー１０５を互いに独立して回動可能に保持している。より具体的には、保持部１３は、コーナーリフレクタ１０３の全体をベース１１の主面１１ｓに交差（直交）する回転軸Ａ１の周りに（すなわち、主面１１ｓに沿って）回動可能に保持する第１機構２１を有している。回転軸Ａ１は、反射型回折格子１０４の反射面１０４ｓ（の延長線）とミラー１０５の反射面１０５ｓ（の延長線）との直角をなす交点Ｃ１を通る。

また、保持部１３は、反射型回折格子１０４を主面１１ｓ及び反射面１０４ｓに沿った回転軸Ａ２の周りに独立して回動可能に保持すると共に、ミラー１０５を主面１１ｓ及び反射面１０５ｓに沿った回転軸Ａ３の周りに独立して回動可能に保持する第２機構２２を有している。これにより、第２機構２２は、反射型回折格子１０４及びミラー１０５のそれぞれにおいて、回折光Ｌ２の光軸を調整可能とする。さらに、保持部１３は、反射型回折格子１０４が主面１１ｓに沿って独立して回動しないように反射型回折格子１０４を保持すると共に、ミラー１０５が主面１１ｓに交差（直交）すると共に反射面１０５ｓに沿った回転軸Ａ４の周りに（すなわち主面１１ｓに沿って）独立して回動可能なように、ミラー１０５を保持する第３機構２３を有している。

なお、反射型回折格子１０４の溝は、主面１１ｓに交差（直交）する方向に延びると共に、主面１１ｓに沿って配列されている。すなわち、第１機構２１は、反射型回折格子１０４を波長選択方向に回動可能に保持し、第３機構２３は、反射型回折格子１０４が独立して波長選択方向に回動しないように保持している。なお、保持部１３は、例えば、光学ステージやレール等の上に設置されることにより、コーナーリフレクタ１０３をＸ軸方向（第２方向）に沿って平行移動可能に保持する第４機構（不図示）をさらに含んでもよい。

引き続いて、以上の光学キット１０を用いたレーザ装置１００の光軸調整方法について説明する。図４～図７は、光軸調整方法の各工程を示す模式的な平面図である。図４は、当該方法の初期状態を示す。当該方法においては、まず、図４に示されるように、保持部のうちのコーナーリフレクタ１０３のための保持部１３を除く各保持部に、上記の光学系のうちのコーナーリフレクタ１０３を除く各光学部品を保持させる。このとき、各保持部は、機械加工精度の範囲において、レンズ１０２の中心とアイリス１０６の光学開口１０６ｈの中心とが直線Ｓ１上で一致するように、且つ、アイリス１０７の光学開口１０７ｈの中心とアイリス１０８の光学開口１０８ｈの中心とが直線Ｓ２上で一致するように、各光学部品を保持する。

また、レンズ１０２とアイリス１０６との距離、及び、アイリス１０７とアイリス１０８との距離は、レンズ１０２とアイリス１０６の中心を結ぶ直線、及び、アイリス１０７とアイリス１０８の中心を結ぶ直線の直線Ｓ１及び直線Ｓ２からの傾きが１ｍｒａｄ以内の範囲に抑えられる程度確保することが好ましい。例えば、アイリス１０６～１０８の絞り径が１ｍｍの場合、レンズ１０２とアイリス１０６との距離、及び、アイリス１０７とアイリス１０８との距離は、少なくとも８０ｍｍ以上であることが望ましく、一例として９０ｍｍである。レンズ１０２とアイリス１０６との距離、及び、アイリス１０７とアイリス１０８との距離を８０ｍｍ以上とすることにより、それぞれの中心を結ぶ直線の直線Ｓ１及び直線Ｓ２からの傾きが１ｍｒａｄ以内の範囲に抑えられる。また、直線Ｓ１と直線Ｓ２との距離は、直線Ｓ１，Ｓ２上に各光学部品を配置したときに、それらが互いに干渉しない範囲であればよく上限はないが、光学系の大型化や後述する反射型回折格子１０４の回転に伴うビームの位置ずれの拡大をさけるために、１０ｃｍ以内であることが望ましく、一例として４０ｍｍである。

続いて、当該方法においては、図５に示されるように、コーナーリフレクタ１０３が設けられていない状態を維持しつつ、レーザ光源１０１を保持部１９に保持させて設置する。レーザ光源１０１は、出力されたレーザ光Ｌ１が、保持部１２に保持されたレンズ１０２を介して、保持部１６に保持されたアイリス１０６の光学開口１０６ｈを通過するように設置される。さらに、アイリス１０６のレーザ光源１０１とは反対側の位置に、光学開口１０６ｈを通過したレーザ光Ｌ１の光強度を検出可能な検出器５０を設置する。

そして、アイリス１０６の光学開口１０６ｈを通過したレーザ光Ｌ１の光強度をモニタしつつ、当該光強度の最大値が得られるようにレンズ１０２に対するレーザ光源１０１の位置を調整する。これにより、レーザ光源１０１の発光点とレンズ１０２の中心との位置合わせが達成される。レンズ１０２の中心とアイリス１０６の光学開口１０６ｈの中心とは、ベース１１及び保持部の機械加工精度の範囲で一の直線Ｓ１に一致させ得る。

以上の工程によって、レーザ光源１０１から出力されてレンズ１０２を通過するレーザ光Ｌの光軸が、直線Ｓ１に一致させられる。なお、この段階では、レーザ光源１０１とレンズ１０２との距離については最適化されていない。この段階では、光強度のモニタのために、レーザ光Ｌ１がアイリス１０６付近で集光するように、レーザ光源１０１とレンズ１０２との距離を調整しておけばよい。

続いて、当該方法においては、図６に示されるように、コーナーリフレクタ１０３を保持部１３に保持させて設置する。ここでは、反射型回折格子１０４の反射面１０４ｓとミラー１０５の反射面１０５ｓとは、目視のレベルで概ね直交していればよい。反射面１０４ｓと反射面１０５ｓとの厳密な直交性は、後述するように、以降の工程を経ることで確保される。また、このとき、レーザ光Ｌ１の反射面１０４ｓへの入射角を、反射面１０４ｓとレーザ光源１０１との間で外部共振器が成立する角度、すなわち、１次の回折光Ｌ３がレンズ１０２を介してレーザ光源１０１にフィードバックされる角度に設定しておくことが望ましい。上述したように、この段階では、レーザ光源１０１とレンズ１０２との距離が最適化なされていないため、外部共振が成立しないが、反射型回折格子１０４からの戻り光が部分的にレーザ光源１０１に戻されることによって、レーザ光源１０１の光出力が高められる。

一方で、アイリス１０７のコーナーリフレクタ１０３とは反対側の位置に、光学開口１０７ｈを通過した回折光Ｌ２の光強度を検出可能な検出器５０を設置する。そして、コーナーリフレクタ１０３を介してアイリス１０７の（例えば１ｍｍ以下に十分に絞られている）光学開口１０７ｈを通過した回折光Ｌ２の光強度をモニタしつつ、当該光強度の最大値が得られるように、保持部１３の第２機構２２によって反射型回折格子１０４の角度を調整し、反射型回折格子１０４からの回折光Ｌ２の光軸を調整する。このとき、第４機構によって、コーナーリフレクタ１０３の全体をＸ軸方向に沿って移動させることにより、回折光Ｌ２の光軸をさらに調整することができる。

続いて、図７に示されるように、アイリス１０７の光学開口１０７ｈを通過した回折光Ｌ２の光強度の最大値が得られたら、アイリス１０７の光学開口１０７ｈを十分に拡大すると共に、アイリス１０８のアイリス１０７とは反対側の位置に、光学開口１０８ｈを通過した回折光Ｌ２の光強度を検出可能な検出器５０を設置する。そして、コーナーリフレクタ１０３を介してアイリス１０８の（例えば１ｍｍ以下に十分に絞られている）光学開口１０８ｈを通過した回折光Ｌ２の光強度をモニタしつつ、当該光強度の最大値が得られるように、保持部１３の第２機構２２及び第３機構２３によって、ミラー１０５の角度を調整し、ミラー１０５からの回折光Ｌ２の光軸を調整する。

アイリス１０７の光学開口１０７ｈの中心とアイリス１０８の光学開口１０８ｈの中心とは、ベース１１及び保持部の機械加工精度の範囲で直線Ｓ２に一致させ得る。したがって、アイリス１０７の光学開口１０７ｈを通過した回折光Ｌ２の強度をモニタしながらの回折光Ｌ２の光軸調整と、アイリス１０８の光学開口１０８ｈを通過した回折光Ｌ２の強度をモニタしながらの回折光Ｌ２の光軸調整と、を交互に繰り返すことにより、アイリス１０７，１０８の光学開口１０７ｈ，１０８ｈを順に通過する回折光Ｌ２の光軸を、直線Ｓ２に一致させることができる。

これらの調整の結果、レーザ光源１０１から出力されてレンズ１０２を通過するレーザ光Ｌ１の光軸と、コーナーリフレクタ１０３を介してアイリス１０７，１０８の光学開口１０７ｈ，１０８ｈを通過する回折光Ｌ２の光軸とを、互に平行な２つの直線Ｓ１，Ｓ２に一致させることができる。また、これにより、反射型回折格子１０４の反射面１０４ｓとミラー１０５の反射面１０５ｓとの直交が保証され、第１機構２１によるコーナーリフレクタ１０３の回転によって出力光（回折光Ｌ２）の波長を選択するときの出力光の位置及び方向の固定が図られる。

最後に、当該方法においては、アイリス１０７，１０８の光学開口１０７ｈ，１０８ｈを十分に拡大した状態で、光学開口１０８ｈを通過した回折光Ｌ２の光強度が、アイリス１０８から任意の距離で最大となるように、レーザ光源１０１とレンズ１０２との距離を調整する。これにより、レーザ光源１０１からのレーザ光Ｌ１がレンズ１０２によってコリメートされるようになると共に、レーザ光源１０１と反射型回折格子１０４とが光学的に結合され、反射型回折格子１０４を共振器の一端とする外部共振が成立させられる。以上のように当該方法によれば、レーザ光源１０１を設置した後に、アイリス１０６～１０７の順に光を通す作業を行うのみで、外部共振器の光軸調整が可能である。

以上説明したように、このように、光学キット１０によれば、出力光の位置及び方向を容易に調整可能であり、ひいては、出力光の波長を選択するときの出力光の位置及び方向が固定される構成を容易に実現可能となる。

なお、上記の構成において、反射型回折格子１０４の角度、つまりコーナーリフレクタ１０３の角度を変化させてもミラー１０５で反射された回折光Ｌ２の光軸に位置ずれを生じさせないためには、反射型回折格子１０４とミラー１０５の反射面１０４ｓ，１０５ｓが互いに直角であり、かつ、コーナーリフレクタ１０３の回転中心（回転軸Ａ１の位置）が直線Ｓ１及び直線Ｓ２から等しい距離に配置される必要がある。

しかしながら、これらの条件は、２本の平行な直線Ｓ１，Ｓ２に光軸を合わせるための上記の光軸調整方法の結果として自然に成立するものであり、上記の手順で光軸調整を行うだけで外部共振器の成立と同時に、コーナーリフレクタ１０３の回転に伴うビームの位置や方向の変化を抑制することができる。上記の光軸調整方法において、予め互いの反射面１０４ｓ，１０５ｓの厳密な直角性にこだわらず反射型回折格子１０４とミラー１０５とを調整機構（第２機構２２及び第３機構２３）で調整する方式を採用した理由は、レーザ光源や回折格子の交換によって生じ得るわずかな傾きや位置ずれ、あるいはレンズ１０２とアイリス１０６～１０８の位置を決める機械加工精度やアイリス１０６～１０８の開口径に依存した理想状態からのずれを吸収し、直線Ｓ１，Ｓ２に沿う光軸を実現するためである。

なお、仮に、上記実施形態に係る構成を用いることなく、反射型回折格子の反射面とミラーの反射面とが厳密に直角に配置されたコーナーリフレクタを別途形成して組み込むことで、コーナーリフレクタの角度変化に伴う出射光の光軸の位置ずれが生じない構成を実現したとしても、所望の位置及び方向に出射光を導くためには上記のような傾きや位置ずれ等を吸収する調整は必要となるし、反射型回折格子の交換のたびに厳密な直角性を有するコーナーリフレクタを形成することは使用者の手間が非常に大きい。すなわち、本実施形態においては、上記のように配置したアイリス１０６～１０８とコーナーリフレクタ１０３の調整機構とを用いることで、レーザ光源や回折格子の交換時における使用者の調整作業の利便性を著しく向上できる。

さらに本実施形態の光学系では、レーザ光源や回折格子を取り換えてアライメントをやり直した後も、出力光は必ずアイリス１０７，１０８で規定される直線Ｓ２に沿う位置及び方向に取り出されるため、光学部品の交換とそれに伴うアライメント後でも交換前の光軸を再現することができる。従って、本実施形態のレーザ装置１００を波長可変光源として使用する外部の光学系に影響を与えることなく、レーザ光源や回折格子を交換することが可能となる。以上から、本実施形態に係る光学キット１０は、レーザ光源や回折格子等の光学部品の交換とアライメントとを容易に行うことができるような光学キットとして好適ある。

図８～図１０は、本実施形態に係る光学キットを用いて上記の光軸調整方法を行った結果の一例を示すグラフである。図８では、下側横軸に波数、上側横軸に波長、左側縦軸に規格化された光強度、右側縦軸に平均出力を示している。図８のグラフ中の各プロットが、各光強度のピーク波長（波数）に対する平均出力を示している。図９は、図８の一部を拡大したグラフである。図８，９に示されるように、この光学キット１０を用いた光軸調整によれば、１５０ｃｍ^－１を超える波長（波数）範囲において、半値全幅１ｃｍ^－１未満の単一モードで自在に発振波長の選択が可能なレーザ装置１００を実現できる。

図１０では、横軸に波数を示し、縦軸にＸ軸方向及びＹ軸方向における出力光の中心からのずれ量を示している。図１０に示されるように、この光学キット１０を用いた光軸調整によれば、１５０ｃｍ^－１を超える波長（波数）範囲での波長選択に際して、出力光の位置ずれがＸ軸方向及びＹ軸方向のいずれについても０．５ｍｒａｄの範囲に抑制されるレーザ装置１００を実現できる。このように、この光学キット１０を用いれば、分光等の精密な計測に好適に採用可能な外部共振器光源を提供できる。

以上の実施形態は、本発明の一例を説明したものである。したがって、本発明は、上記の光学キット１０及びレーザ装置１００に限定されず、任意に変更され得る。引き続いて、本発明の変形例について説明する。

図１１は、第１変形例に係る光学装置を示す模式的な平面図である。図１１に示されるように、光学装置１００Ａは、レーザ光源を備えていない。したがって、この光学装置１００Ａを構成する光学キットは、レーザ光源を保持する保持部を有していない。この変形例に係る光学キットの他の点は、上記の光学キット１０と同様である。この場合、光学キットにおいては、レンズ１０２を保持する保持部１２を、ベース１１の縁部に配置することによって、レンズ１０２とアイリス１０６との距離をベース１１上で設定可能な最大の大きさとすることができる。この結果、レンズ１０２を介してアイリス１０６の光学開口１０６ｈを通過するレーザ光Ｌ１を直線Ｓ１に合せるためのアライメントの精度が向上し、ひいては、回折光Ｌ２を直線Ｓ２に合せるためのアライメントの精度も向上する。

図１２は、第２変形例に係る光学装置を示す模式的な平面図である。図１２に示されるように、光学装置１００Ｂは、光学装置１００Ａと比較して、アイリス１０６及びアイリス１０６を保持する保持部１６が、コーナーリフレクタ１０３（反射型回折格子１０４）とレンズ１０２との間に配置されている。光学装置１００Ｂの他の点は光学装置１００Ａと同様である。このように、レンズ１０２とアイリス１０６との距離がベース１１上で十分に確保できる場合には、アイリス１０６及び保持部１６を、反射型回折格子１０４とレンズ１０２との間に配置してもよい。この場合、反射型回折格子１０４（コーナーリフレクタ１０３）をベース１１の縁部側に位置させることが可能となり、レンズ１０２と反射型回折格子１０４との距離を大きくとることが可能となる。この結果、外部共振器における波長選択の精度が向上される。なお、この場合には、アイリス１０７とアイリス１０６とが一体化されて単一の保持部に保持されてもよい。

また、上述したレーザ装置１００、及び、光学装置１００Ａ，１００Ｂにおいては、保持部１３は、コーナーリフレクタ１０３を一体的に着脱する構成に限定されない。保持部１３は、コーナーリフレクタ１０３において、反射型回折格子１０４のみを着脱可能に保持してもよい。

また、アイリス１０６～１０８に代えて、絞り機能を有さない、すなわち、光学開口１０６ｈ～１０８ｈのサイズの調整機能を有さないピンホール等の開口部材を用いてもよい。この場合には、保持部１６～１８は、当該ピンホール等の開口部材を、レーザ光Ｌ１又は回折光Ｌ２の光路から挿抜可能に保持すればよい。すなわち、アイリス１０６～１０８は、レーザ光Ｌ１又は回折光Ｌ２の光路に光学開口を形成可能な任意の部材とすることができる。

さらに、光軸調整の際のレーザ光Ｌ１又は回折光Ｌ２の光強度のモニタ方法は、検出器５０を用いたものに代えて、感熱性色素等を用いたものとすることができ、特に制限されない。

１０…光学キット、１１…ベース、１１ｓ…主面、１２…保持部（レンズ保持部）、１３…保持部（リフレクタ保持部）、１６…保持部（第１開口部材保持部）、１７…保持部（第２開口部材保持部）、１８…保持部（第３開口部材保持部）、１９…保持部（光源保持部）、２１…第１機構、２２…第２機構、２３…第３機構、１００…レーザ装置（光学装置）、１００Ａ，１００Ｂ…光学装置。

Claims (6)

1. レーザ光を出力するレーザ光源の外部共振器を含む光学系を構成するための光学キットであって、
   主面を含むベースと、
   前記主面に設けられ、前記光学系を前記ベースに対する所定の位置に固定可能に保持するための保持部と、を備え、
   前記光学系は、
   第１方向に前記レーザ光が入力されるレンズと、
   前記レンズを通過した前記レーザ光の回折光を第１方向に交差する第２方向に反射する反射型回折格子、及び前記反射型回折格子からの前記回折光を前記第１方向と反対の第３方向に反射するミラーとからなるコーナーリフレクタと、
   前記コーナーリフレクタがない場合に前記レンズを通過した前記レーザ光が通過する光学開口を形成するように配置された第１開口部材と、
   前記コーナーリフレクタからの前記回折光が順に通過する光学開口を形成するように前記第３方向に配列される第２開口部材及び第３開口部材と、を含み、
   前記保持部は、
   前記レンズを保持するためのレンズ保持部、
   前記コーナーリフレクタを保持するためのリフレクタ保持部と、
   前記第１開口部材を保持するための第１開口部材保持部と、
   前記第２開口部材を保持するための第２開口部材保持部と、
   前記第３開口部材を保持するための第３開口部材保持部と、を有し、
   前記リフレクタ保持部は、
   前記コーナーリフレクタの全体を前記主面に沿って回動可能に保持する第１機構と、
   前記反射型回折格子及び前記ミラーのそれぞれにおいて、前記回折光の光軸を調整可能とする第２機構と、含む、
   光学キット。
2. 前記第２機構は、前記反射型回折格子及び前記ミラーのそれぞれを、互に独立して前記主面に沿った回転軸の周りに回動可能に保持することにより、前記回折光の光軸を調整可能とする、
   請求項１に記載の光学キット。
3. 前記リフレクタ保持部は、前記反射型回折格子が前記主面に沿って回動しないように前記反射型回折格子を保持すると共に、前記ミラーが独立して前記主面に沿って回動するように前記ミラーを保持する第３機構をさらに含む、
   請求項１又は２に記載の光学キット。
4. 前記リフレクタ保持部は、前記コーナーリフレクタを前記第２方向に沿って移動可能に保持する第４機構をさらに含む、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の光学キット。
5. 前記レーザ光源を保持するための光源保持部をさらに備える、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の光学キット。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の光学キットと、
   前記レンズ保持部に保持された前記レンズと、
   前記リフレクタ保持部に保持された前記コーナーリフレクタと、
   前記第１開口部材保持部に保持された前記第１開口部材と、
   前記第２開口部材保持部に保持された前記第２開口部材と、
   前記第３開口部材保持部に保持された前記第３開口部材と、
   を備える光学装置。

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