特開 2024-143438 多波長光源装置および光路長差計測装置

(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】P2024143438

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】多波長光源装置および光路長差計測装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/37 20060101AFI20241003BHJP

   H01S 5/0239 20210101ALI20241003BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20241003BHJP

   H01S 5/50 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G02F1/37

H01S5/0239

H01S5/40

H01S5/50 610

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056117

(22)【出願日】2023-03-30

(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】堀川 浩二

【テーマコード（参考）】

2K102

5F173

【Ｆターム（参考）】

2K102AA09

2K102BA18

2K102BB02

2K102BC01

2K102BD09

2K102DD03

2K102EA25

2K102EB06

2K102EB20

2K102EB22

2K102EB28

5F173MA07

5F173MA10

5F173ME44

5F173MF03

5F173MF12

5F173MF26

5F173MF40

5F173SA06

(57)【要約】

【課題】出力する複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高く、光路長差計測に適する多波長光源装置および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】多波長光源装置は、互いに周波数および周波数間隔が異なるレーザ光を出力する少なくとも３つの半導体レーザ素子が一体集積されており、各半導体レーザ素子から出力された少なくとも３つのレーザ光を含むレーザ光群を出力する集積素子と、入力された前記レーザ光群の一部から、非線形光学効果によって、前記レーザ光群に含まれる前記少なくとも３つの前記レーザ光とは周波数が異なる少なくとも一つの新成レーザ光を生成する非線形光学媒質と、前記レーザ光群の一部と前記新成レーザ光の少なくとも一つとを同時に出力する出力部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに周波数および周波数間隔が異なるレーザ光を出力する少なくとも３つの半導体レーザ素子が一体集積されており、各半導体レーザ素子から出力された少なくとも３つのレーザ光を含むレーザ光群を出力する集積素子と、
入力された前記レーザ光群の一部から、非線形光学効果によって、前記レーザ光群に含まれる前記少なくとも３つの前記レーザ光とは周波数が異なる少なくとも一つの新成レーザ光を生成する非線形光学媒質と、
前記レーザ光群の一部と前記新成レーザ光の少なくとも一つとを同時に出力する出力部と、
を備える
多波長光源装置。

【請求項2】

前記非線形光学媒質は、前記入力された前記レーザ光群の一部から、四光波混合によって前記新成レーザ光を生成する
請求項１に記載の多波長光源装置。

【請求項3】

前記レーザ光群に含まれる３つのレーザ光の周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３とすると、前記新成レーザ光の少なくとも一つの周波数は、ｆ１＋ｆ２－ｆ３、ｆ１－ｆ２＋ｆ３、およびｆ２－ｆ１＋ｆ３のいずれか一つである
請求項２に記載の多波長光源装置。

【請求項4】

入力された前記レーザ光群を第１レーザ光群と第２レーザ光群とに２分岐して出力する分岐部と、
前記非線形光学媒質から出力されたレーザ光のうち、前記新成レーザ光の一つを選択的に出力するフィルタと、
をさらに備え、
前記非線形光学媒質には、前記レーザ光群の一部として前記第１レーザ光群が入力され、
前記出力部は、前記レーザ光群の一部としての前記第２レーザ光群と、前記フィルタから出力された前記新成レーザ光の一つとを合波して同時に出力する
請求項１に記載の多波長光源装置。

【請求項5】

前記フィルタは波長可変フィルタであり、
前記集積素子の温度を変化させる温度調節器と、前記温度調節器と前記波長可変フィルタとを制御する制御部と、をさらに備える
請求項４に記載の多波長光源装置。

【請求項6】

前記フィルタから出力された前記新成レーザ光を光増幅する光増幅器をさらに備える
請求項４に記載の多波長光源装置。

【請求項7】

被測定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１～６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前記レーザ光群の一部および前記新成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群の一部および前記新成レーザ光の少なくとも一つ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8】

前記処理部は、前記多波長光源装置が出力する前記レーザ光群の一部および前記新成レーザ光の波長から求められる合成波長と、前記位相から求められる合成位相とに基づいて、前記光路長差を計測する
請求項７に記載の光路長差計測装置。

【請求項9】

前記処理部は、前記合成波長および前記合成位相として、互いに異なる複数の合成波長および合成位相に基づいて、前記光路長差を計測する
請求項８に記載の光路長差計測装置。

【請求項10】

前記光路長差計測装置は、前記光路長差に基づいて前記被測定物までの距離を計測する測距装置として構成されている
請求項７に記載の光路長差計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多波長光源装置および光路長差計測装置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）。特許文献２では、周波数掃引レーザからの第１のビームと、固定周波数レーザからの第２のビームを非線形光学人工物に入力させて第３のビームを生成し、第１のビームと第３のビームとを用いて距離を計測する。

【0003】

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１０－２８１７３８号公報

【特許文献2】特表２０１７－５２３４０３号公報

【特許文献3】特開２０１４－１７４１２０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】

しかしながら、レーザ光の周波数（波長）を掃引させる技術の場合、掃引に時間が掛かるので、測定に時間が掛かるという問題がある。また、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。

【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間の波長差の安定性が高く、光路長差計測に適する多波長光源装置および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、互いに周波数および周波数間隔が異なるレーザ光を出力する少なくとも３つの半導体レーザ素子が一体集積されており、各半導体レーザ素子から出力された少なくとも３つのレーザ光を含むレーザ光群を出力する集積素子と、入力された前記レーザ光群の一部から、非線形光学効果によって、前記レーザ光群に含まれる前記少なくとも３つの前記レーザ光とは周波数が異なる少なくとも一つの新成レーザ光を生成する非線形光学媒質と、前記レーザ光群の一部と前記新成レーザ光の少なくとも一つとを同時に出力する出力部と、を備える多波長光源装置である。

【0008】

前記非線形光学媒質は、前記入力された前記レーザ光群の一部から、四光波混合によって前記新成レーザ光を生成してもよい。

【0009】

前記レーザ光群に含まれる３つのレーザ光の周波数をｆ１、ｆ２、ｆ３とすると、前記新成レーザ光の少なくとも一つの周波数は、ｆ１＋ｆ２－ｆ３、ｆ１－ｆ２＋ｆ３、およびｆ２－ｆ１＋ｆ３のいずれか一つであってもよい。

【0010】

前記多波長光源装置は、入力された前記レーザ光群を第１レーザ光群と第２レーザ光群とに２分岐して出力する分岐部と、前記非線形光学媒質から出力されたレーザ光のうち、前記新成レーザ光の一つを選択的に出力するフィルタと、をさらに備え、前記非線形光学媒質には、前記レーザ光群の一部として前記第１レーザ光群が入力され、前記出力部は、前記レーザ光群の一部としての前記第２レーザ光群と、前記フィルタから出力された前記新成レーザ光の一つとを合波して同時に出力してもよい。

【0011】

前記フィルタは波長可変フィルタであり、前記集積素子の温度を変化させる温度調節器と、前記温度調節器と前記波長可変フィルタとを制御する制御部と、をさらに備えてもよい。

【0012】

前記多波長光源装置は、前記フィルタから出力された前記新成レーザ光を光増幅する光増幅器をさらに備えてもよい。

【0013】

本発明の一態様は、被測定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前記レーザ光群の一部および前記新成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群の一部および前記新成レーザ光の少なくとも一つ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。

【0014】

前記処理部は、前記多波長光源装置が出力する前記レーザ光群の一部および前記新成レーザ光の波長から求められる合成波長と、前記位相から求められる合成位相とに基づいて、前記光路長差を計測してもよい。

【0015】

前記処理部は、前記合成波長および前記合成位相として、互いに異なる複数の合成波長および合成位相に基づいて、前記光路長差を計測してもよい。

【0016】

前記光路長差計測装置は、前記光路長差に基づいて前記被測定物までの距離を計測する測距装置として構成されてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、出力する複数のレーザ光の間の波長差の安定性が高く、光路長差計測に適する多波長光源装置および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】

【0018】

【図1】図１は、実施形態１に係る多波長光源装置の模式的な構成図である。

【図2】図２は、図１に示す多波長光源の模式的な構成図である。

【図3】図３は、四光波混合によって生成する新成レーザ光について説明する図である。

【図4】図４は、四光波混合によって生成する新成レーザ光について説明する図である。

【図5】図５は、実施形態２に係る多波長光源装置の模式的な構成図である。

【図6】図６は、実施形態３に係る光路長差計測装置の模式的な構成図である。

【図7】図７は、一次光路長差および二次光路長差の算出を説明する図である。

【図8】図８は、光路長差の計測の別の一例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る多波長光源装置１００の模式的な構成図である。多波長光源装置１００は、多波長光源１０と、分岐部２０と、非線形光学媒質３０と、フィルタ４０と、合成部５０と、制御部６０と、を備えている。

【0021】

図２は、図１に示す多波長光源１０の模式的な構成図である。多波長光源１０は、半導体レーザ素子１、２、３と合成部４とが一体集積された集積素子５と、温度調節器６とを備えている。

【0022】

半導体レーザ素子１、２、３は、少なくとも３つの半導体レーザ素子の一例である。半導体レーザ素子１、２、３は、それぞれシングルモード発振し、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を合成部４へ出力する。半導体レーザ素子１、２、３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１、２、３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】

レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、互いに周波数および周波数間隔が異なる。レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の周波数をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とすると、ｆ１、ｆ２、ｆ３は互いに異なる値である。ｆ１＜ｆ２＜ｆ３とすると、（ｆ２－ｆ１）≠（ｆ３－ｆ２）である。なお、レーザ光の波長は、レーザ光の周波数と反比例の関係にある。したがって、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の波長をそれぞれλ１、λ２、λ３とすると、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３の場合はλ１＞λ２＞λ３であり、かつ（１／λ２－１／λ１）≠（１／λ３－１／λ２）である。

【0024】

合成部４は、入力されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を合波して、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を含むレーザ光群Ｌ１０として出力する。レーザ光群Ｌ１０は、少なくとも３つのレーザ光を含むレーザ光群の一例である。合成部４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。

【0025】

温度調節器６は、集積素子５を載置しており、集積素子５の温度を変化させる。温度調節器６は、後述する制御部６０から供給される駆動電流によって制御され、集積素子５の温度を変化させる。温度調節器６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。集積素子５の温度が温度調節器６によって変化を受けることによって、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の周波数が一括して変化する。すなわち、半導体レーザ素子１、２、３は波長可変レーザ素子として機能する。

【0026】

図１に戻って、分岐部２０は、多波長光源１０から入力されたレーザ光群Ｌ１０を第１レーザ光群Ｌ１１と第２レーザ光群Ｌ１２とに２分岐して出力する。分岐部２０は、たとえばＭＭＩ型や光ファイバ型やフィルタ型などの光カプラを有する。第１レーザ光群Ｌ１１および第２レーザ光群Ｌ１２は、レーザ光群Ｌ１０の一部の一例である。

【0027】

非線形光学媒質３０には、第１レーザ光群Ｌ１１が入力される。非線形光学媒質３０は、入力された第１レーザ光群Ｌ１１から、非線形光学効果によって、少なくとも一つの新成レーザ光を生成する。非線形光学媒質３０は、たとえば四光波混合によって新成レーザ光を生成する。この新成レーザ光は、レーザ光群Ｌ１０に含まれるレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とは周波数が異なるものである。非線形光学媒質３０は、第１レーザ光群Ｌ１１と新成レーザ光とをレーザ光群Ｌ１３として出力する。非線形光学媒質３０は、たとえばバイアス電流を流している半導体光増幅器の活性層であるが、特に限定はされない。

【0028】

四光波混合によって生成する新成レーザ光について、図３、４を参照して説明する。

【0029】

図３に示すように、上述したレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の３つのレーザ光からは、四光波混合によって１２個の新成レーザ光が生成する。ただし、１２個の新成レーザ光の中には同じ周波数のものが含まれているので、周波数としては下記の（１）～（９）の９種類の新成レーザ光が生成する。

【0030】

（１）２*ｆ１－ｆ２、（２）２*ｆ１－ｆ３、（３）ｆ１＋ｆ２－ｆ３、（４）ｆ１－ｆ２＋ｆ３、（５）２*ｆ２－ｆ１、（６）２*ｆ２－ｆ３、（３）ｆ２＋ｆ１－ｆ３、（７）ｆ２－ｆ１＋ｆ３、（８）２*ｆ３－ｆ１、（９）２*ｆ３－ｆ２、（４）ｆ３＋ｆ１－ｆ２、（７）ｆ３－ｆ１＋ｆ２。

【0031】

ここで、ｆ２＝ｆ１＋ａ、ｆ３＝ｆ２＋ａ＋ｂ＝ｆ１＋２ａ＋ｂ、ただしａ＞ｂ、ａ≠ｂ≠０とすると、新成レーザ光の周波数は以下の（１１）～（１９）のように表される。なお、ａは特に限定されないが、たとえば２５ＧＨｚ～２００ＧＨｚである。また、ｂも特に限定されないが、たとえば１ＧＨｚ～１０ＧＨｚである。

【0032】

（１１）ｆ１－ａ、（１２）ｆ１－２＊ａ－ｂ、（１３）ｆ１－ａ－ｂ、（１４）ｆ１＋ａ＋ｂ、（１５）ｆ１＋２＊ａ、（１６）ｆ１－ｂ、（１３）ｆ１－ａ－ｂ、（１７）ｆ１＋３＊ａ＋ｂ、（１８）ｆ１＋４＊ａ＋２＊ｂ、（１９）ｆ１＋３＊ａ＋２＊ｂ、（１４）ｆ１＋ａ＋ｂ、（１７）ｆ１＋３＊ａ＋ｂ。

【0033】

以上のように、（３）ｆ１＋ｆ２－ｆ３、（４）ｆ１－ｆ２＋ｆ３、（７）ｆ２－ｆ１＋ｆ３、（１３）ｆ１－ａ－ｂ、（１４）ｆ１＋ａ＋ｂ、（１７）ｆ１＋３＊ａ＋ｂの周波数を有する新成レーザ光は、同じ周波数の新成レーザ光が２つ重なっているものなので、パワーが比較的大きい。

【0034】

たとえば、周波数がｆ２のレーザ光Ｌ２と、周波数が（１４）のレーザ光との関係は、図４に示されるように、周波数差がｂ［ＧＨｚ］である。たとえばａ［ＧＨｚ］を１００ＧＨｚ、ｂ［ＧＨｚ］を１ＧＨｚとすると、周波数がｆ１［ＧＨｚ］、ｆ１［ＧＨｚ］＋１００ＧＨｚ、ｆ１［ＧＨｚ］＋２０１ＧＨｚのような３つのレーザ光から、周波数がｆ１［ＧＨｚ］＋１０１ＧＨｚの新成レーザ光が生成され、この新成レーザ光は、周波数がｆ１［ＧＨｚ］＋１００ＧＨｚのレーザ光との周波数差ｂ［ＧＨｚ］が１ＧＨｚときわめて小さい。

【0035】

図１に戻って、フィルタ４０は、非線形光学媒質３０から出力されたレーザ光群Ｌ１３のうち、新成レーザ光の一つを選択的に出力する。本実施形態では、新成レーザ光の一つである周波数が（１４）の新成レーザ光Ｌ１４を選択的に出力する。フィルタ４０はバンドパスフィルタを有している。また、フィルタ４０は制御部６０によって選択的に出力する光の波長を電気的に制御できる波長可変フィルタである。

【0036】

合成部５０は、フィルタ４０から出力された新成レーザ光Ｌ１４と、分岐部２０から出力された第２レーザ光群Ｌ１２とを合成して、レーザ光群Ｌ１５として同時に出力する。合成部５０は、たとえばＭＭＩ型や光ファイバ型やフィルタ型などの光カプラ、またはＡＷＧを有する。合成部５０は出力部の一例である。

【0037】

制御部６０は、たとえばマイクロコンピュータを主体として構成されており、温度調節器６に駆動電流を供給して温度調節器６の動作を制御したり、フィルタ４０に電気信号を供給してそのパスバンド波長を制御したりする。

【0038】

以上のように構成された多波長光源装置１００では、半導体レーザ素子１、２、３が集積素子５に集積されているので、お互いが熱的に接続されており、かつお互いの温度環境が略等しい。その結果、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の互いの周波数差（波長差）も温度環境の変化に対して安定している。また、温度調節器６によって集積素子５の温度を変化させた場合には、半導体レーザ素子１、２、３が一括して同じように温度変化するので、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の周波数も互いに同じように変化する。また、新成レーザは、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から発生するので、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対する周波数差が安定している。また、多波長光源装置１００を光路長差計測に使用する場合に、上記で例示したように周波数差がきわめて小さいレーザ光を得ることができるので、きわめて長い合成波長を容易に得ることができる。また、多波長光源装置１００を光路長差計測に使用する場合、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の周波数を掃引しなくてもよい。このように、多波長光源装置１００は様々な観点から光路長差計測に適する。

【0039】

（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る多波長光源装置２００の模式的な構成図である。多波長光源装置２００は、実施形態１に係る多波長光源装置１００に光増幅器７０と光カプラ８０とモニタ部９０とを追加した構成を有する。

【0040】

光増幅器７０は、フィルタ４０から出力された新成レーザ光Ｌ１４を光増幅する。光増幅器７０は、たとえば光ファイバ増幅器や半導体光増幅器である。光カプラ８０は、光増幅された新成レーザ光Ｌ１４の一部（たとえば新成レーザ光Ｌ１４の強度の１％～５％）を分岐して、モニタ光Ｌ１６としてモニタ部９０に出力し、残部を合成部５０に出力する。光カプラ８０は、たとえば光ファイバ型やフィルタ型などの光カプラである。モニタ部９０は、モニタ光Ｌ１６を受光してその受光強度に応じた電気信号を制御部６０に出力する。モニタ部９０は、たとえばフォトダイオードなどの受光素子を有する。制御部６０は、モニタ部９０からの電気信号に基づいて、光増幅された新成レーザ光Ｌ１４の強度が所定の強度になるように光増幅器７０を制御する。

【0041】

以上のように構成された多波長光源装置２００では、実施形態１に係る多波長光源装置１００と同様の効果が得られる。さらに、多波長光源装置２００は、光増幅器７０で、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３よりも強度が低い新成レーザ光Ｌ１４を光増幅するので、強度がより高い新成レーザ光Ｌ１４を含み、光路長差計測により適するレーザ光群Ｌ１５を出力することができる。

【0042】

なお、上記実施形態１、２では、フィルタ４０は、周波数が（１４）の新成レーザ光Ｌ１４を選択的に出力するが、制御部６０によってパスバンド波長を調整して、他の周波数の新成レーザ光を選択的に出力してもよい。たとえば、周波数がｆ１のレーザ光Ｌ１と周波数が（１６）ｆ１－ｂの新成レーザ光とを組み合わせれば、周波数差はｂとなる。

【0043】

（実施形態３）
図６は、実施形態３に係る光路長差計測装置１０００の模式的な構成図である。光路長差計測装置１０００は、測距装置として構成されている光路長差計測装置の一例であって、被測定物Ｏに関する光路長差を計測するとともに、当該光路長差に基づいて被測定物Ｏまでの距離を計測する。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。

【0044】

多波長光源装置１００は、レーザ光群Ｌ１５を出力する。

【0045】

干渉計１００１には、多波長光源装置１００からレーザ光群Ｌ１５が入力される。干渉計１００１は、レーザ光群Ｌ１５の一部を測定光Ｌｍとして被測定物Ｏに出力し、被測定物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。

【0046】

分光部１００２は、干渉計１００１から入力された干渉光Ｌｉを、レーザ光群Ｌ１５に含まれるレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および新成レーザ光Ｌ１４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、Ｌｉ３、Ｌｉ４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。

【0047】

位相検出部１００３は、分光部１００２から入力された干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、Ｌｉ３、Ｌｉ４のそれぞれから、干渉成分の位相を検出する。位相を検出する際には、たとえば、干渉計１００１において測定光または参照光の光路長をアクチュエータ等で、たとえば３または４段階で変更し、変更した光路長に対応する３つまたは４つの位相の値から、３（４）点法（３（４）ステップ法とも呼ばれる）を用いて位相を検出する。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。

【0048】

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、被測定物Ｏに関する光路長差を算出する。

【0049】

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。

【0050】

合成波長は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および新成レーザ光Ｌ１４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Λｉｊ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。
Λｉｊ＝（λｉ・λｊ）／（λｊ－λｉ） ・・・ （１）
ここで、λｉ、λｊはレーザ光の波長である。ただし、λｉ＜λｊであるとする。λｉはたとえばレーザ光Ｌ２の波長であり、λｊはたとえば新成レーザ光Ｌ１４の波長である。

【0051】

合成位相は、干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、Ｌｉ３、Ｌｉ４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φｉｊ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。
φｉｊ＝φｉ－φｊ ・・・ （２）
ここで、φｉ、φｊは干渉光の干渉成分の位相である。φｉはたとえばレーザ光Ｌ２に対応する干渉光の干渉成分の位相であり、φｊはたとえば新成レーザ光Ｌ１４に対応する干渉光の干渉成分の位相である。

【0052】

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＋φｓ／２π）Λｓ ・・・ （３）
ここで、Ｍは干渉の次数である。また、Λｓは合成波長であり、φｓはΛｓ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、Ｎｓ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。処理部１００４は、式（３）においてＮｓをゼロとして、合成波長および合成位相に基づく一次光路長差を算出する。

【0053】

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Ｌは以下の式（４）を用いて算出できる。
Ｌ＝（ｍ＋φｋ／２π）λｋ ・・・ （４）
ここで、ｍは干渉の次数である。λｋ、φｋは、干渉光Ｌｉ１、Ｌｉ２、Ｌｉ３、Ｌｉ４のいずれかの波長、およびその干渉成分の位相である。ここで、次数ｍは、Ｌ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。

【0054】

一次光路長差および二次光路長差の算出について、図７を参照して説明する。図７に示すＬｏは、式（３）においてＭ＝０としたＬｏとφｓとの関係を表す太い実線と、φｓの値とから求められる。しかし、上述したようにλｓとが誤差を含んでいるため、求めたＬｏは矢印で表すように誤差を含んでいる。図７では、太い実線の太さはλｓの誤差を表している。しかし、Ｌｏの誤差の範囲には、式（４）中での対応する干渉の次数がｍしかないため、式（４）から二次光路長差であるＬを一意に決めることができる。なお、λｓとφｓとが含む誤差は、たとえば予備実験などによって取得することができる。

【0055】

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と被測定物Ｏとの間の光路長差の計測値として算出する。

【0056】

以上のように構成された光路長差計測装置１０００によれば、出力するレーザ光群Ｌ１５に含まれるレーザ光の間の波長差の安定性が高い多波長光源装置１００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。

【0057】

なお、光路長差計測装置１０００において、処理部１００４は、互いに異なる複数の合成波長および合成位相に基づいて、光路長差を計測してもよい。

【0058】

たとえば、図８のように、一次光路長差Ｌｏの誤差が比較的大きい場合、Ｌｏの誤差の範囲には、式（４）中での対応する干渉の次数がｍだけでなく、ｍ-２、ｍ-１、ｍ、ｍ＋１がある。そのため、式（４）から二次光路長差Ｌを一意に決めることができない。このような場合、さらに、一次光路長差と二次光路長差との中間的な誤差の中間光路長差Ｌiｎを、以下の式（５）を用いて算出する。
Ｌiｎ＝（ｎ＋φiｎ／２π）Λiｎ ・・・ （５）
ここで、ｎは干渉の次数である。Λiｎ、φiｎは、それぞれ合成波長および合成位相であるが、Λiｎは式（３）のΛｓよりも短い合成波長である。たとえば、Λｓがレーザ光Ｌ２の波長と新成レーザ光Ｌ１４の波長とに基づく合成波長であるとすると、Λｉｎはレーザ光Ｌ１の波長とレーザ光Ｌ２の波長とに基づく合成波長である。この場合、Ｌｏの誤差の範囲には、式（５）中での対応する干渉の次数がｎしかないため、式（５）から中間光路長差Ｌｉｎを一意に決めることができる。さらに、Ｌｉｎの誤差の範囲には、式（４）中での対応する干渉の次数がｍしかないため、式（４）から二次光路長差Ｌを一意に決めることができる。

【0059】

なお、上記実施形態では、温度調節器によって半導体レーザ素子からのレーザ光の周波数（波長）を変化させているが、当該レーザ光の周波数を変化させなくてもよい。また、上記実施形態では、フィルタが波長可変フィルタであるが、波長可変型でなくてもよい。また、半導体レーザ素子の数やレーザ光群に含まれるレーザ光の数は３に限らず、４以上でもよい。

【0060】

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。たとえば、実施形態３に係る光路長差計測装置１０００の多波長光源装置１００を、実施形態２に係る多波長光源装置２００に置き換えてもよい。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】

【0061】

１、２、３：半導体レーザ素子
４、５０ ：合成部
５ ：集積素子
６ ：温度調節器
１０ ：多波長光源
２０ ：分岐部
３０ ：非線形光学媒質
４０ ：フィルタ
６０ ：制御部
７０ ：光増幅器
８０ ：光カプラ
９０ ：モニタ部
１００、２００：多波長光源装置
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
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：レーザ光
Ｌ１０、Ｌ１３、Ｌ１５ ：レーザ光群
Ｌ１１ ：第１レーザ光群
Ｌ１２ ：第２レーザ光群
Ｌ１４ ：新成レーザ光
Ｌ１６ ：モニタ光
Ｌｉ、Ｌｉ１、Ｌｉ２、Ｌｉ３、Ｌｉ４：干渉光
Ｏ ：被測定物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】