特開 2024-115219 多波長光源装置、光路長差計測装置および多波長光源装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115219

(43)【公開日】2024-08-26

(54)【発明の名称】多波長光源装置、光路長差計測装置および多波長光源装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/06 20060101AFI20240819BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20240819BHJP

   H01S 5/024 20060101ALI20240819BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20240819BHJP

   G01B 9/02003 20220101ALI20240819BHJP

【ＦＩ】

H01S5/06

H01S5/026

H01S5/024

H01S5/026 618

G01B11/00 B

G01B11/00 G

G01B9/02003

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023020802

(22)【出願日】2023-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金堂 晃久

(72)【発明者】

【氏名】木村 賢宜

(72)【発明者】

【氏名】水嶋 玲

【テーマコード（参考）】

2F064

2F065

5F173

【Ｆターム（参考）】

2F064AA01

2F064CC08

2F064EE01

2F064FF01

2F064FF06

2F064HH04

2F065AA06

2F065DD03

2F065FF51

2F065GG06

2F065GG23

2F065GG25

2F065JJ24

2F065LL33

2F065LL42

2F065QQ23

5F173SA02

5F173SA33

5F173SC10

5F173SE01

5F173SF08

5F173SF13

5F173SF17

5F173SF33

5F173SF43

(57)【要約】

【課題】出力する複数のレーザ光の波長を変更可能であり、かつ複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高い多波長光源装置およびその制御方法、ならびにこれを用いた光路長差計測装置を提供すること。
【解決手段】多波長光源装置であって、互いに異なる波長でシングルモード発振し、当該波長のレーザ光のそれぞれを出力する複数の半導体レーザ素子が一体集積された集積素子と、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、レーザ発振波長を変化させる波長変更電流を供給する電源部と、前記電源部と前記温度調節器とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記多波長光源装置が安定状態で動作していると判定した場合は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、それぞれに応じた一定電流値の前記波長変更電流を供給するように前記電源部を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多波長光源装置であって、
互いに異なる波長でシングルモード発振し、当該波長のレーザ光のそれぞれを出力する複数の半導体レーザ素子が一体集積された集積素子と、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、レーザ発振波長を変化させる波長変更電流を供給する電源部と、
前記電源部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記多波長光源装置が安定状態で動作していると判定した場合は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、それぞれに応じた一定電流値の前記波長変更電流を供給するように前記電源部を制御する
多波長光源装置。

【請求項2】

前記集積素子の温度を調節する温度調節器をさらに備え、
前記制御部は、前記集積素子の温度が初期設定温度から許容誤差範囲内であり、かつ前記波長変更電流の電流値が初期設定電流値から許容誤差範囲内である場合に、前記多波長光源装置が安定状態で動作していると判定する
請求項１に記載の多波長光源装置。

【請求項3】

前記電源部は、電流を出力する共通電源部と、前記共通電源部から出力された電流を分配し、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに供給される前記波長変更電流を生成する電流分配部と、を備え、
前記電流分配部は、複数の可変抵抗部を有し、前記複数の可変抵抗部のそれぞれは、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに電気的に接続されており、
前記制御部は、前記複数の可変抵抗部のそれぞれの抵抗値を調整することによって、前記波長変更電流のそれぞれを前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに応じた電流値にする
請求項１に記載の多波長光源装置。

【請求項4】

前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれから出力された前記レーザ光を合波して出力する合波部を備える
請求項１に記載の多波長光源装置。

【請求項5】

前記合波部は、前記集積素子に集積されている
請求項４に記載の多波長光源装置。

【請求項6】

被測定対象物に関する光路長差を計測する光路長差計測装置であって、
請求項１～５のいずれか一つに記載の多波長光源装置と、
前記多波長光源装置が出力する複数の前記レーザ光のそれぞれから生成された、前記光路長差に対応した位相の干渉成分を含む干渉光を出力する干渉計と、
前記干渉光を前記レーザ光の波長に応じて分光する分光部と、
前記分光された前記干渉光のそれぞれから前記位相を検出する位相検出部と、
前記位相検出部が検出した前記位相に基づいて前記光路長差を算出する処理部と、
を備える光路長差計測装置。

【請求項7】

互いに異なる波長でシングルモード発振し、当該波長のレーザ光のそれぞれを出力する複数の半導体レーザ素子が一体集積された集積素子と、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、レーザ発振波長を変化させる波長変更電流を供給する電源部とを備える多波長光源装置の制御方法であって、
制御部が、前記多波長光源装置が安定状態で動作していると判定した場合は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、それぞれに応じた一定電流値の前記波長変更電流を供給するように前記電源部を制御する
多波長光源装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多波長光源装置、光路長差計測装置および多波長光源装置の制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

光の干渉を利用して光路長差を計測し、これにより被測定物までの距離を計測する測距技術として、合成波長を用いる技術が知られている（特許文献１～３）。合成波長を用いる技術においては、出力する複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高い多波長光源装置を用いることが有効である。

【0003】

特許文献２に開示される多波長光源装置は、波長差の安定性が高いと考えられるが、光学構成が複雑であり、大型化、高コスト化のおそれがある。一方、特許文献４には、出力する２つのレーザ光の間の波長差（周波数差）の安定性が高い半導体発光素子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０４－２９９２０３号公報

【特許文献2】特許第４０００１９５号公報

【特許文献3】特許第５５８０７１８号公報

【特許文献4】特開２００４－１８６３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

測距技術への応用に限らず、出力する複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高い多波長光源装置が求められている。さらに、複数のレーザ光の波長を変更可能な多波長光源装置であればより好ましい。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力する複数のレーザ光の波長を変更可能であり、かつ複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高い多波長光源装置およびその制御方法、ならびにこれを用いた光路長差計測装置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】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、多波長光源装置であって、互いに異なる波長でシングルモード発振し、当該波長のレーザ光のそれぞれを出力する複数の半導体レーザ素子が一体集積された集積素子と、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、レーザ発振波長を変化させる波長変更電流を供給する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記多波長光源装置が安定状態で動作していると判定した場合は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、それぞれに応じた一定電流値の前記波長変更電流を供給するように前記電源部を制御する多波長光源装置である。

【0008】

前記多波長光源装置は、前記集積素子の温度を調節する温度調節器をさらに備え、前記制御部は、前記集積素子の温度が初期設定温度から許容誤差範囲内であり、かつ前記波長変更電流の電流値が初期設定電流値から許容誤差範囲内である場合に、前記多波長光源装置が安定状態で動作していると判定してもよい。

【0009】

前記電源部は、電流を出力する共通電源部と、前記共通電源部から出力された電流を分配し、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに供給される前記波長変更電流を生成する電流分配部と、を備え、前記電流分配部は、複数の可変抵抗部を有し、前記複数の可変抵抗部のそれぞれは、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに電気的に接続されており、
前記制御部は、前記複数の可変抵抗部のそれぞれの抵抗値を調整することによって、前記波長変更電流のそれぞれを前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに応じた電流値にしてもよい。

【0010】

前記多波長光源装置は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれから出力された前記レーザ光を合波して出力する合波部を備えてもよい。

【0011】

前記合波部は、前記集積素子に集積されていてもよい。

【0012】

本発明の一態様は、被測定対象物に関する光路長差を計測する光路長差計測装置であって、前記多波長光源装置と、前記多波長光源装置が出力する複数の前記レーザ光のそれぞれから生成された、前記光路長差に対応した位相の干渉成分を含む干渉光を出力する干渉計と、前記干渉光を前記レーザ光の波長に応じて分光する分光部と、前記分光された前記干渉光のそれぞれから前記位相を検出する位相検出部と、前記位相検出部が検出した前記位相に基づいて前記光路長差を算出する処理部と、を備える光路長差計測装置である。

【0013】

本発明の一態様は、互いに異なる波長でシングルモード発振し、当該波長のレーザ光のそれぞれを出力する複数の半導体レーザ素子が一体集積された集積素子と、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、レーザ発振波長を変化させる波長変更電流を供給する電源部とを備える多波長光源装置の制御方法であって、制御部が、前記多波長光源装置が安定状態で動作していると判定した場合は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれに、それぞれに応じた一定電流値の前記波長変更電流を供給するように前記電源部を制御する多波長光源装置の制御方法である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、出力する複数のレーザ光の波長を変更可能であり、かつ複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高い多波長光源装置およびその制御方法、ならびにこれを用いた光路長差計測装置を実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態１に係る多波長光源装置を備える多波長光源モジュールの模式的な構成図である。

【図2】図２は、図１に示す多波長光源装置の模式的な構成図である。

【図3】図３は、図１に示す多波長光源装置の回路構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、制御部が実行する制御フローの一例を示す図である。

【図5】図５は、実施形態１に係る光路長差計測装置の模式的な構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0017】

（実施形態１）
［光モジュールの構成］
図１は、実施形態１に係る多波長光源装置を備える多波長光源モジュールの模式的な構成図である。多波長光源モジュール１００は、実施形態１に係る多波長光源装置１０と、筐体１０１と、基板１０２と、ビームスプリッタ１０３と、波長モニタ部１０４と、レンズ１０５と、光ファイバ１０６と、を備えている。

【0018】

筐体１０１は、多波長光源装置１０と、基板１０２と、ビームスプリッタ１０３と、波長モニタ部１０４と、レンズ１０５とを収容している。多波長光源装置１０は、平行光であるレーザ光Ｌ１を出力する。基板１０２は、ビームスプリッタ１０３と波長モニタ部１０４とを載置している。ビームスプリッタ１０３は、レーザ光Ｌ１の一部であるレーザ光Ｌ２を分岐して波長モニタ部１０４に出力する。レンズ１０５は、ビームスプリッタ１０３を通過したレーザ光Ｌ１を集光し、光ファイバ１０６に光学的に結合させる。光ファイバ１０６は、レーザ光Ｌ１を多波長光源モジュール１００の外部に出力する。

【0019】

波長モニタ部１０４は、入力されたレーザ光Ｌ２に基づいて、レーザ光Ｌ１の波長に関する波長モニタ情報を含む波長モニタ電流を多波長光源装置１０に出力する。波長モニタ部１０４は、レーザ光Ｌ１の波長を目標波長に近づける公知の制御（波長ロック制御とも呼ばれる）に使用され得る構成を備えていてもよい。すなわち、波長モニタ部１０４は、たとえばエタロンフィルタなどの、光の周波数的に周期的な透過特性を有する光学フィルタと、フォトダイオードなどの受光素子とを含んでいる。

【0020】

［多波長光源装置の構成］
図２は、多波長光源装置１０の模式的な構成図である。多波長光源装置１０は、集積素子１と、電源部２と、温度センサ３と、温度調節器４と、制御部５と、レンズ６と、を備えている。

【0021】

集積素子１は、半導体素子であって、ｎを３以上の整数として、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎと、合波部１ｂとが一体集積された構成を有する。集積素子１は、サブマウントに載置されていてもよい。

【0022】

半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎは、互いに異なる波長でシングルモード発振し、当該波長のレーザ光のそれぞれであるレーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎを合波部１ｂへ出力する。半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎは、たとえばＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザとして構成されている。さらに、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎは、ＤＲ（Distributed Reflector）構造を有していてもよい。ＤＲ構造は、たとえば、ＤＦＢ構造とＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）構造とを組み合わせて構成できる。

【0023】

合波部１ｂは、入力されたレーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎを合波して出力する。合波部１ｂは、たとえばＭＭＩ（多モード干渉）型の光カプラやＡＷＧ（Arrayed Waveguide Gratings）を有する。

【0024】

半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎは、後述するように電源部２から電流を供給されることによって、電流を供給された素子がレーザ光を出力する。したがって、合波部１ｂには、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのうちのいずれか一つが入力される場合がある。この場合、集積素子１は、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのうちのいずれか一つをレーザ光Ｌ１として出力する。一方、合波部１ｂには、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのうちの少なくとも２つが入力される場合がある。この場合、集積素子１が出力するレーザ光Ｌ１は、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのうち少なくとも２つを含む。

【0025】

レンズ６は、集積素子１から出力されたレーザ光Ｌ１を平行光にする。

【0026】

電源部２は、外部電源からの電流Ｉｏを受け付け、電流Ｉｏから波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎを生成し、それぞれを半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに供給する。波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎのそれぞれは、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれの光増幅エネルギーになるいわゆる利得電流であるとともに、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれのレーザ発振波長を変化させる電流である。半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれのレーザ発振波長が変化する理由は、主に、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎのそれぞれが素子温度をわずかに変化させるからである。

【0027】

温度センサ３は、検知した温度に関する情報を含む電気信号である温度センサ信号を制御部５に出力する。温度センサ３は、たとえばサーミスタを有している。温度センサ３が検知する温度は、集積素子１の素子温度と関連を有する。なお、温度センサ３が載置される位置は、図示されている位置には限られない。たとえば、温度センサ３は集積素子１の上に載置されていてもよい。

【0028】

温度調節器４は、集積素子１、温度センサ３、およびレンズ６を載置している。温度調節器４は、制御部５から供給される駆動電流によって制御され、集積素子１の温度を変化させる。具体的には、制御部５によって、温度調節器４は、集積素子１の温度を設定温度に近づけるように調節する。温度調節器４は、たとえばペルチェ素子のような電熱素子を有している。温度調節器４は、集積素子１、温度センサ３、およびレンズ６を載置する基板を備えていてもよい。

【0029】

制御部５は、電源部２と温度調節器４とを制御する。制御部５は、演算部と、記憶部と、入出力部と、電流供給部とを備えている。演算部は、制御部５が実行する処理や制御部５の機能の実現のための各種演算処理を行うものであり、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成される。記憶部は、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータなどが格納される、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される部分を備えている。また、記憶部は、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果などを記憶するなどのために使用される、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される部分を備えている。電流供給部は、演算部からの制御信号に従って、温度調節器４に駆動制御電流を出力する。入出力部は、温度センサ３や波長モニタ部１０４からの信号を受け付け、アナログ／デジタル変換して演算部等に出力する。また、入出力部は、演算部からのデジタル信号を受け付けてデジタル／アナログ変換し、制御信号として電源部２に出力する。

【0030】

また、制御部５は、波長モニタ部１０４からの波長モニタ電流に基づいて波長ロック制御を実行してもよい。

【0031】

図３は、多波長光源装置１０の回路構成の一例を示す図である。図３に示す例では、電源部２は、共通電源部２ａと、電流分配部２ｂと、を備えている。

【0032】

共通電源部２ａは、外部電源からの電流Ｉｏを受け付け、電流Ｉｏから電流Ｉｃを生成して出力する。共通電源部２ａは、たとえば電流源や電圧源を有する。また、共通電源部２ａは、ＤＣ－ＤＣコンバータの機能を有していてもよい。この場合、共通電源部２ａは、電流Ｉｏの電圧を半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎの両端電圧に近い電圧まで降圧した電流Ｉｃを生成する。

【0033】

電流分配部２ｂは、共通電源部２ａから出力された電流Ｉｃを分配（たとえば等分配）し、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに供給される波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎを生成する。

【0034】

電流分配部２ｂは、複数の可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎを有している。可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎのそれぞれは、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに電気的に接続されている。図３に示す例では、可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎのそれぞれは、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに直列接続されている。波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎのそれぞれは、可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎのそれぞれを通って半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに供給される。

【0035】

ここで、可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎは、電界効果トランジスタを有している。制御部５は、可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎのそれぞれにゲート電圧を出力する。制御部５は、ゲート電圧を調整することによって可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎのそれぞれのオン抵抗の抵抗値を調整する。これによって、制御部５は、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎのそれぞれを、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに応じた電流値にすることができる。

【0036】

［多波長光源装置の動作］
以上のように構成された多波長光源装置１０の動作について説明する。多波長光源装置１０においては、制御部５は、多波長光源装置１０が安定状態で動作していると判定した場合は、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに、それぞれに応じた一定電流値の波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎを供給するように電源部２を制御する。電源部２が図３に示す構成の場合、制御部５は、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎがそれぞれに応じた一定電流値になるように、ゲート信号にて可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎのそれぞれの抵抗値を制御する。なお、安定状態については後ほど説明する。

【0037】

ここで、仮に、レーザ発振波長を安定させようとして、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれ対して公知の波長ロック制御を行うと、それぞれが出力するレーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎの波長はそれぞれ個別には安定する。しかし、波長ロック制御はフィードバック制御であるために、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎの波長は時間に応じてわずかに揺らぎ得る。しかも、その揺らぎが長波長側への変化であるか短波長側の変化であるかは、異なる半導体レーザ素子の間では相関がない。その結果、波長ロック制御を行った際の複数のレーザ光の間の波長差の安定性は、レーザ光の個別の波長の安定性に比べて低くなり得る。たとえば、或る時刻に或るレーザ光の波長が短波長側に変動しているがその隣の波長のレーザ光の波長が長波長側に変動しており、別の時刻には或るレーザ光の波長が長波長側に変動しているがその隣の波長のレーザ光の波長が短波長側に変動している、ということが起こり得る。この場合は、波長差の変動は大きい。

【0038】

これに対して、多波長光源装置１０では、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれには、それぞれに応じた一定電流値の波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎが供給されるので、それぞれのレーザ光の波長は、対応する波長変更電流の一定電流値に対応する波長に安定する。その結果、複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高くなる。

【0039】

さらに、多波長光源装置１０では、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎは、集積素子１に集積されているためにお互いが熱的に接続される。その結果、レーザ光の間の波長差の安定性がより高くなる。

【0040】

さらに、多波長光源装置１０では、電源部２の共通電源部２ａが出力した電流Ｉｃを電流分配部２ｂが分配し、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに供給される波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎを生成している。この場合、外部電源や共通電源部２ａで発生した電流ノイズが電流Ｉｃに混入した場合に、この電流ノイズは分配されて波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎのそれぞれにも混入されることとなる。この場合、電流ノイズによる波長変更電流の電流変動によってレーザ光の波長が変動する場合にも、その変動の方向は全てのレーザ光で同じであり、その変動の程度も同程度である。たとえば、分配された電流ノイズにより或るレーザ光の波長が短波長側に変動すると、その他の波長のレーザ光の波長も分配された電流ノイズにより長波長側に変動する。これにより、レーザ光の間の波長差の安定性がより高くなる。

【0041】

ここで、図４を参照して、制御部５が実行する制御方法の制御フローの一例を説明する。図４の制御フローは、多波長光源装置１０の電源投入などによる起動によりスタートする。

【0042】

はじめに、制御部５は、ステップＳ１０１において、起動処理を開始する。起動処理は、たとえば、制御部５が電源部２を制御して半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎに波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎを供給する処理を含む。このとき、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎの電流値のそれぞれは、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのそれぞれの初期設定波長に対応する初期設定電流値に設定される。波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎは、制御部５によって初期設定電流値になるようにフィードバック制御される。起動処理開始からしばらくの間は、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎが初期設定電流値に収束しない期間がある。このような期間、多波長光源装置１０はウォームアップ状態にある。

【0043】

また、起動処理において、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎは、制御部５によって初期設定電流値に徐々に到達するようにフィードフォワード制御されてもよい。この場合も、起動処理開始からしばらくの間は、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎが初期設定電流値に到達しない期間がある。このような期間、多波長光源装置１０はウォームアップ状態にある。

【0044】

また、起動処理は、たとえば、制御部５が温度センサ３からの温度センサに基づいて温度調節器４を制御する処理を含む。このとき、制御部５が温度調節器４に出力する駆動電流は、集積素子１の初期設定温度に対応する初期設定駆動電流値に設定される。駆動電流は、制御部５によって、温度センサ３から入力される温度センサ信号が示す値が集積素子１の初期設定温度に対応する初期値になるようにフィードバック制御される。起動処理開始からしばらくの間は、温度センサ信号が示す値が初期値に収束しない期間がある。このような期間、多波長光源装置１０はウォームアップ状態にある。

【0045】

つづいて、制御部５は、ステップＳ１０２において、多波長光源装置１０が安定状態で動作しているかを判定する。多波長光源装置１０が安定状態で動作しているかは、多波長光源装置１０が所定の安定条件を満たしているかによって判定することができる。安定条件としては、様々な条件を採用することができる。たとえば、フィードバック制御において波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎが初期設定電流値に対して所定の許容誤差範囲内に収束していることは、安定条件の一例（第１安定条件）である。また、フィードフォワード制御において波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎが初期設定電流値に対して所定の許容誤差範囲内に到達していることは、安定条件の一例（第２安定条件）である。また、温度センサ信号が示す値が初期値に対して所定の許容誤差範囲内に収束していることは、安定条件の一例（第３安定条件）である。なお、第３安定条件は、集積素子１の温度が初期設定温度から許容誤差範囲内である状態と言うこともできる。また、第１安定条件または第２安定条件、および第３安定条件が成立していることは、安定条件の一例（第４安定条件）である。

【0046】

制御部５は、多波長光源装置１０が安定状態で動作していないと判定した場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）は、ステップＳ１０２を繰り返し実行する。制御部５は、多波長光源装置１０が安定状態で動作していると判定した場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）は、制御はステップＳ１０３に移行する。

【0047】

制御部５は、ステップＳ１０３において、波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎの電流値（図中のＬＤ電流値）を記憶する。記憶される電流値は、第１安定条件、第２安定条件または第４安定条件を満たす電流値である。

【0048】

つづいて、制御部５は、ステップＳ１０４において、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎのそれぞれに、記憶された一定電流値の波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎを供給するように電源部２を制御する。これにより、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎの定電流制御が実現される。その後は、制御部５はステップＳ１０４を繰り返し実行する。

【0049】

以上のように構成された多波長光源装置１０およびこれを備えた多波長光源モジュール１００であれば、出力する複数のレーザ光の波長を変更可能であり、かつ複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高い。

【0050】

（実施形態２）
図５は、実施形態１に係る光路長差計測装置の模式的な構成図である。光路長差計測装置１０００は、被測定対象物Ｏに関する光路長差を計測する。光路長差計測装置１０００は、実施形態１に係る多波長光源装置１０を備える多波長光源モジュール１００と、干渉計１００１と、分光部１００２と、位相検出部１００３と、処理部１００４と、を備えている。

【0051】

多波長光源モジュール１００は、レーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１は、複数のレーザ光であるレーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎを全て含んでいるとする。光路長差計測装置１０００で計測を行う際は、多波長光源装置１０は安定状態で動作する。したがって、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎは波長差の安定性が高い状態である。

【0052】

干渉計１００１には、多波長光源モジュール１００からレーザ光Ｌ１が入力される。干渉計１００１は、レーザ光Ｌ１の一部を測定光Ｌｍとして被測定対象物Ｏに出力し、被測定対象物Ｏで反射された光である反射光Ｌｒを受け付ける。干渉計１００１は、反射光Ｌｒと、レーザ光Ｌ１の前記一部とは異なる部分である参照光とを干渉させて干渉光Ｌｉを生成する。この干渉光Ｌｉは、被測定対象物Ｏに関する光路長差（たとえば測定光Ｌｍと参照光との光路長差）に対応した位相の干渉成分を含む。なお、干渉計１００１は、たとえばフィゾー干渉計やマイケルソン干渉計である。

【0053】

分光部１００２は、干渉計１００１から入力された干渉光Ｌｉを、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎの波長に応じて分光する。分光された干渉光Ｌｉを、それぞれ干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、・・・、Ｌｉｎとする。分光部１００２は、たとえばＡＷＧやバルク型の回折格子を有している。

【0054】

位相検出部１００３は、分光部１００２から入力された干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、・・・、Ｌｉｎのそれぞれから、干渉成分の位相を検出する。そして、位相検出部１００３は、各位相の情報を含む位相情報信号を処理部１００４に出力する。位相検出部１００３は、偏光素子と受光素子アレイとを用いる構成などの公知の構成を有している。

【0055】

処理部１００４は、たとえばパーソナルコンピュータおよびその周辺機器を備えている。処理部１００４は、位相検出部１００３を制御するとともに、位相検出部１００３から位相情報信号が入力される。処理部１００４は、位相情報信号から得られた、位相検出部１００３が検出した位相に基づいて、被測定対象物Ｏに関する光路長差を算出する。

【0056】

処理部１００４が光路長差を算出する方法は、特に限定されないが、たとえば合成波長および合成位相を用いる方法を用いる。合成波長および合成位相を用いる方法であれば、光路長差の計測可能レンジであるＵＭＲ（Unambiguous Measurement Range）を広くすることができる。

【0057】

合成波長は、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎから複数を選択し、選択したレーザ光の波長を組み合わせることによって得られることが知られている。選択するレーザ光の数が２である場合は、合成波長Λ１２は、以下の式（１）で定義される。なお、二つの光の合成波長は、レーザ光の数が３以上の場合にも、式（１）で定義される。合成波長は、組み合わせる波長よりも長くなる。
Λ１２＝（λ１・λ２）／（λ２－λ１） ・・・ （１）
ここで、λ１、λ２はレーザ光の波長である。ただし、λ１＜λ２であるとする。

【0058】

合成位相は、干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、・・・、Ｌｉｎから複数を選択し、選択したレーザ光の位相を組み合わせることによって得られることが知られている。選択するレーザ光の数が２である場合は、合成位相φ１２は、以下の式（２）で定義される。なお、二つの光の合成位相は、レーザ光の数が３以上の場合にも、式（２）のように定義される。
φ１２＝φ１－φ２ ・・・ （２）
ここで、φ１、φ２は干渉光の干渉成分の位相である。

【0059】

処理部１００４は、合成波長と合成位相とから光路長差を算出する。光路長差Ｌｏは以下の式（３）を用いて算出できる。
Ｌｏ＝（ｍ＋φ１２／２π）λｓ ・・・ （３）
ここで、ｍは干渉の次数である。また、Λ１２は合成波長であり、φ１２はΛ1２に対応する合成位相であるが、合成波長が複数ある場合はｍがよりゼロに近くなるような合成波長を用いる。なお、ｍは数値の丸め処理をして整数としてもよい。

【0060】

処理部１００４は、式（３）においてｍをゼロとして、一次計測値としての一次光路長差を算出する。

【0061】

一次光路長差は、合成波長と合成位相とを用いて算出したので、各波長や各位相の誤差を累積的に含む。そこで、処理部１００４は、一次光路長差に基づいてより正確な計測値としての二次光路長差を算出する。二次光路長差Ｌｏｓは以下の式（４）を用いて算出できる。
Ｌｏｓ＝（ｋ＋φｉ／２π）λｉ ・・・ （４）
ここで、ｋは干渉の次数である。ｉは１～ｎまでのいずれかの整数である。したがって、φｉは干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、・・・、Ｌｉｎのうちいずれかの位相である。λｉはレーザ光Ｌ１、Ｌ２、・・・、Ｌｎのうちいずれかの波長である。ここで、次数ｋは、Ｌｏｓが一次光路長差に最も近い値になるように一意に決定することができる。

【0062】

干渉計１００１の内部での反射光Ｌｒと参照光との光路長差（内部光路長差）は既知であり、処理部１００４の記憶部に記憶されている。そこで、処理部１００４は、二次光路長差から内部光路長差を減算して、干渉計１００１と被測定対象物Ｏとの間の光路長差の計測値として算出する。

【0063】

以上のように構成された光路長差計測装置１０００によれば、複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高い多波長光源装置１０を備えているので、高精度の光路長差の計測を実現できる。

【0064】

なお、光路長差計測装置１０００の干渉計１００１は電気光学変調器を備えていてもよい。この場合、電気光学変調器が干渉計１００１の内部光路長差を変更することで、干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、・・・、Ｌｉｎのそれぞれを複数得ることができる。この場合、処理部１００４は、それぞれが複数ある干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、・・・、Ｌｉｎから得られた干渉を用いて光路長差の算出を行ってもよい。

【0065】

また、図３に示す構成では、可変抵抗部２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎは電界効果トランジスタを有しているが、電界効果トランジスタの代わりに、制御部５が電気的に制御して抵抗値を調整できる他のデバイスを有していてもよい。

【0066】

また、電源部２の構成は図３に示す構成に限られない。電源部２は、制御部５によって波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎを一定の電流値に制御できる構成であればよい。

【0067】

また、上記実施形態では、合波部１ｂが集積素子１に集積されているが、これには限定されない。たとえば、合波部は多波長光源装置における集積素子の外部に設けられていてもよい。また、合波部は多波長光源モジュールにおける多波長光源装置の外部に設けられていてもよい。

【0068】

また、上記実施形態において、制御部５は、温度調節器４を制御し、集積素子１の全体の温度を変化させることによって、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎの波長を変更してもよい。この場合、集積素子１の全体の温度が変化するので、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎの波長は波長軸上で同じ方向に同じ程度だけ変化する。したがって、波長差の安定性の低下が抑制された状態で波長を変更することができる。また、この場合、レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２、・・・、Ｌ１ｎのいずれか一つの波長を波長モニタ部１０４によってモニタして、制御部５がそのモニタ結果をもとに波長ロック制御をしてもよい。なお、上記のような波長の変更や波長ロック制御は、図４に示したステップＳ１０４における半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎの定電流制御の実行中に行われてもよい。

【0069】

また、上記実施形態において、半導体レーザ素子１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎは、光増幅エネルギーとなる利得電流と、レーザ発振波長を変化させる波長変更電流とが別個に供給される構成でもよい。このような構成の半導体レーザ素子としては、バーニア型の波長可変半導体レーザ素子がある。この場合、利得電流は半導体レーザ素子の利得部に供給され、波長変更電流は回折格子や受動導波路部のような波長変更部に入力される。この場合は波長変更部に供給される波長変更電流が一定電流値に制御される。ただし、波長変更電流だけでなく利得電流も一定電流値に制御してもよい。これにより、波長安定性がより一層高くなる。

【0070】

また、上記実施形態において、半導体レーザ素子の数は２でもよい。

【0071】

図４のステップＳ１０１において実施されうる、起動処理の別の例を述べる。制御部５は、波長モニタ部１０４から出力される波長モニタ電流に基づいて波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎの電流値のそれぞれを調整する波長ロック制御を実施しても良い。波長ロック制御により、波長モニタ部１０４から出力される波長モニタ電流が各半導体レーザ素子の初期設定波長に対応する初期波長モニタ電流値に一致するような波長変更電流Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、Ｉｓｎが設定される。起動処理開始からしばらくの間は、波長モニタ電流値が初期波長モニタ電流値に収束しない期間がある。このような期間、多波長光源装置１０はウォームアップ状態にある。波長モニタ部１０４から出力される波長モニタ電流値が初期波長モニタ電流値に対して所定の許容誤差範囲内に収束していることは、安定条件の一例（第５安定条件）である。また、第２安定条件よび第５安定条件が成立していることは、安定条件の一例（第６安定条件）である。

【0072】

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0073】

１ ：集積素子
１ａ１、１ａ２、・・・、１ａｎ：半導体レーザ素子
１ｂ ：合波部
２ ：電源部
２ａ ：共通電源部
２ｂ ：電流分配部
２ｂ１、２ｂ２、・・・、２ｂｎ：可変抵抗部
３ ：温度センサ
４ ：温度調節器
５ ：制御部
６、１０５：レンズ
１０ ：多波長光源装置
１００ ：多波長光源モジュール
１０１ ：筐体
１０２ ：基板
１０３ ：ビームスプリッタ
１０４ ：波長モニタ部
１０６ ：光ファイバ
１０００ ：光路長差計測装置
１００１ ：干渉計
１００２ ：分光部
１００３ ：位相検出部
１００４ ：処理部
Ｉｃ、Ｉｏ：電流
Ｉｓ１、Ｉｓ２、・・・、、Ｉｓｎ：波長変更電流
Ｌ１、Ｌ１１、・・・、Ｌ１ｎ、Ｌ２：レーザ光
Ｌｉ、Ｌｉ１、Ｌｉ２、・・・、Ｌｉｎ：干渉光
Ｌｍ ：測定光
Ｌｒ ：反射光
Ｏ ：被測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】