具体实施方式

以下，参照附图，对一实施方式进行详细的说明。此外，在各图中，对相同的元件彼此或者相当的要素彼此赋予相互相同的符号，并省略重复的说明。另外，在各图中，有时示出由X轴、Y轴以及Z轴规定的正交坐标系。

图1是示出本实施方式的激光装置的平面示意图。图2是图1所示的激光装置的侧面示意图。如图1、2所示，激光装置(光学装置)100具备：激光源101、透镜102、角隅反射镜103、光圈(iris)(第1开口构件)106、光圈(第2开口构件)107、以及光圈(第3开口构件)108。角隅反射镜103包括反射型衍射光栅104与反射镜105。

在激光装置100，规定直线S1、直线S2以及直线S3。直线S1、S2、S3是假想线。从X轴方向(负方向是第2方向)以及Y轴方向观察，直线S1、直线S2以及直线S3相互平行。直线S1～S3沿着Z轴方向(正方向是第1方向，负方向是第3方向)。直线S1和直线S2距直线S3的距离是等距离。换言之，直线S3通过直线S1与直线S2的中间。

激光源101没有特别的限制，作为一例，为量子级联激光器。激光源101输出激光L1。激光L1的波长例如是3μm～15μm。透镜102将从激光源101输出的激光L1沿Z轴方向(第1方向)输入并准直。在激光源101是上述的量子级联激光器的情况下，透镜102例如是将ZnSe和Ge作为材质的非球面透镜。作为一例，在透镜102的激光源101侧的面以及其相反侧的面施以低反射涂层。激光源101的发光点与透镜102的中心点实际上相互一致，并且位于直线S1上。

从透镜102出射的激光L1入射于角隅反射镜103。入射于角隅反射镜103的激光L1入射于反射型衍射光栅104。反射型衍射光栅104的激光L1的入射位置是反射型衍射光栅104的反射面104s(参照图3)与直线S1的交点。另外，作为一例，激光L1向反射面104s的入射角(直线S1与反射面104s的垂线形成的角)是30°。反射型衍射光栅104的每单位长度的沟槽的数量和沟槽的形状等可以根据激光源101的振荡波长适当地设定，在激光源101是上述的量子级联激光器的情况下，例如，可以将每1mm的沟槽的数量设为150条，闪耀(blaze)波长为6μm。

入射于反射型衍射光栅104的激光L1的0次衍射光L2，即，通过透镜102的激光L的衍射光L2，沿X轴负方向(第2方向)反射。入射于反射型衍射光栅104的激光L1的1次衍射光L3沿Z轴负方向反射并入射于透镜102，被透镜102聚光并结合于激光源101的激光L1的出射端面。这样，在激光源101与反射型衍射光栅104之间形成外部共振器。

被反射型衍射光栅104沿X轴负方向反射的衍射光L2入射于反射镜105。衍射光L2在反射镜105的入射位置是反射镜105的反射面105s(参照图3)与直线S2的交点。反射型衍射光栅104的反射面104s与反射镜105的反射面105s相互正交。反射镜105对于从激光源101输出的光具有90％以上的反射率即可。作为一例，可以将在表面蒸镀金的平面金反射镜用作反射镜105。入射于反射镜105的衍射光L2，即，来自反射型衍射光栅104的衍射光L2，沿Z轴负方向(第3方向)反射。

被反射镜105反射的衍射光L2，即，来自角隅反射镜103的衍射光L2，依次通过光圈107的光学开口107h以及光圈108的光学开口108h。即，光圈107、108以形成来自角隅反射镜103的衍射光L2依次通过的光学开口107h、108h的方式在Z轴负方向上排列。光圈107的光学开口107h以及光圈108的光学开口108h沿着Z轴方向(沿着第1方向以及第3方向)彼此相对。光圈106～108是能够通过光圈调节孔径(光学开口的尺寸)的光学部件，既可以是相同的部件，也可以是不同的部件。但是，由于将不可视的激光的空间的光轴位置限定在一定的范围内的意图，因此可将光圈106～108的最小光圈直径设为至少1mm以下。

光圈107与光圈108以光学开口107h的中心与光学开口108的中心在直线S2上一致的方式进行配置。将通过光圈108出射的衍射光L2向外部输出。在没有角隅反射镜103的情况下，光圈106以通过透镜102的激光L1通过光学开口106h的方式进行配置。透镜102与光圈106的光学开口106h沿着Z轴方向(沿着第1方向以及第3方向)彼此相对。光圈106以其光学开口106h的中心与激光源101的发光点以及透镜102的中心均在直线S1上一致的方式进行配置。

在激光装置100，根据以上的结构，当使角隅反射镜103旋转而改变输出光(衍射光L2)的波长时，输出光的位置以及方向不变。

以上的激光装置100，即，包括激光源101与激光源101的外部共振器的其他光学系统由光学套件10构成。接下来，对用于构成激光装置100的光学套件进行说明。光学套件10具备：包括主面11s的基部11、以及保持上述各光学部件的保持部。基部11是平板状，并且一体地形成。此外，也可以在基部11形成凹凸结构。在这种情况下，也可以该凹凸结构的多个凸部的顶面即靠近一侧的多个面构成主面11s。在此情况下，构成主面11s的多个面可以相互平行。保持部具有：用于保持透镜102的保持部(透镜保持部)12、用于保持角隅反射镜103的保持部(反射镜保持部)13、用于保持光圈106的保持部(第1开口构件保持部)16、用于保持光圈107的保持部(第2开口构件保持部)17、用于保持光圈108的保持部(第3开口构件保持部)18、以及用于保持激光源101的保持部(光源保持部)19。

直线S1～S3位于与基部11的主面11s平行的平面内。换言之，保持部12、保持部16～18以及保持部19以透镜102的中心、光学开口106h～108h的中心以及激光源101的发光点距主面11s的高度一致的方式，保持透镜102、光圈106～108、以及激光源101。保持部12与保持部16沿着Z轴方向(沿着第1方向以及第3方向)配置。保持部17与保持部18沿着Z轴方向(沿着第1方向以及第3方向)配置。保持部16～18也可以彼此相同。另外，保持部16～18距主面11s的高度也可以相同。在这些情况下，由于保持部16～18相同(相同的高度)，因此，如果使用相同形状的光圈(开口构件)，则在机械加工精度范围内很容易使光学开口的中心的高度一致。

图3是示出图2所示的(保持角隅反射镜的)保持部的立体图。如图3所示，保持部13将角隅反射镜103的整体保持为能够旋转，并且将反射型衍射光栅104以及反射镜105保持为能够彼此独立地旋转。更具体地，保持部13具有：第1机构21，其将角隅反射镜103的整体保持为能够绕与基部11的主面11s交叉(正交)的旋转轴A1(即，沿着主面11s)旋转。旋转轴A1通过反射型衍射光栅104的反射面104s(的延长线)与反射镜105的反射面105s(的延长线)形成的直角的交点C1。

另外，保持部13具有：第2机构22，其将反射型衍射光栅104保持为能够绕沿着主面11s以及反射面104s的旋转轴A2独立地旋转，并且将反射镜105保持为能够绕沿着主面11s以及反射面105s的旋转轴A3独立地旋转。这样，在反射型衍射光栅104以及反射镜105的各个，第2机构22能够调整衍射光L2的光轴。另外，保持部13具有：第3机构23，其以反射型衍射光栅104不能沿着主面11s独立旋转的方式保持反射型衍射光栅104，并且以反射镜105能够绕与主面11s交叉(正交)且沿着反射面105s的旋转轴A4(即，沿着主面11s)独立旋转的方式保持反射镜105。

此外，反射型衍射光栅104的沟槽在与主面11s交叉(正交)的方向上延伸，并且沿着主面11s排列。即，第1机构21将反射型衍射光栅104保持为能够沿波长选择方向旋转，并且第3机构23将反射型衍射光栅104保持为不能独立地沿波长选择方向旋转。此外，保持部13，例如通过设置于在光学台(stage)或轨道等上，也可以进一步包含：第4机构(未图示)，其将角隅反射镜103保持为能够沿着X轴方向(第2方向)平行移动。

接下来，对使用了以上的光学套件10的激光装置100的光轴调整方法进行说明。图4～图7是示出光轴调整方法的各工序的平面示意图。图4示出该方法的初始状态。在该方法中，首先，如图4所示，在保持部中的、除用于角隅反射镜103的保持部13之外的各保持部，保持上述光学系统中的、除角隅反射镜103之外的各光学部件。此时，各保持部，在机械加工精度范围内，以透镜102的中心与光圈106的光学开口106h的中心在直线S1上一致的方式，且以光圈107的光学开口107h的中心与光圈108的光学开口108h的中心在直线S2上一致的方式，保持各光学部件。

另外，透镜102与光圈106的距离以及光圈107与光圈108的距离能够确保：连结透镜102与光圈106的中心的直线以及连结光圈107与光圈108的中心的直线距直线S1以及直线S2的倾斜被控制在1mrad以内的范围的程度。例如在光圈106～108的光圈直径为1mm的情况下，透镜102与光圈106的距离、以及光圈107与光圈108的距离至少可以为80mm以上，作为一例，为90mm。通过将透镜102与光圈106的距离以及光圈107与光圈108的距离设为80mm以上，可以将连结各个中心的直线距直线S1以及直线S2的倾斜控制在1mrad以内的范围。另外，直线S1与直线S2的距离，当在直线S1、S2上配置各光学部件时，是各光学部件不相互干涉的范围即可，没有上限，为了避免光学系统的大型化以及伴随着后述的反射型衍射光栅104的旋转的光束的位置偏差的扩大，可以将其设为10cm以内，作为一例，为40mm。

接下来，在该方法中，如图5所示，维持未设置有角隅反射镜103的状态，并且由保持部19保持地设置激光源101。激光源101以输出的激光L1经由被保持部12保持的透镜102并且通过被保持部16保持的光圈106的光学开口106h的方式进行配置。另外，在光圈106的与激光源101为相反侧的位置，设置能够检测通过光学开口106h的激光L1的光强度的检测器50。

并且，监测通过光圈106的光学开口106h的激光L1的光强度，并且以获取该光强度的最大值的方式，调整激光源101相对于透镜102的位置。由此，实现激光源101的发光点与透镜102的中心的对位。在基部11以及保持部的机械加工精度的范围，可以使透镜102的中心与光圈106的光学开口106h的中心在一直线S1一致。

根据以上的工序，可以使从激光源101输出并通过透镜102的激光L的光轴与直线S1一致。此外，在该阶段，未对激光源101与透镜102的距离进行优化。在该阶段，为了光强度的监测，以激光L1在光圈106附近聚光的方式调整激光源101与透镜102的距离即可。

接下来，在该方法中，如图6所示，由保持部13保持角隅反射镜103地设置。在此，反射型衍射光栅104的反射面104s与反射镜105的反射面105s在目视的水平大致正交即可。如后所述，通过后面的工序可以确保反射面104s与反射面105s的严格的正交性。另外，此时，可以将激光L1的向反射面104s的入射角设定为在反射面104s与激光源101之间外部共振器成立的角度，即，一次衍射光L3经由透镜102反馈于激光源101的角度。如上所述，在此阶段，由于未对激光源101与透镜102的距离进行优化，因此，外部共振不成立，但是通过从反射型衍射光栅104返回的光的一部分返回激光源101，可以提高激光源101的光输出。

另一方面，在光圈107的与角隅反射镜103为相反侧的位置，设置能够检测通过光学开口107h的衍射光L2的光强度的检测器50。并且，监测经由角隅反射镜103而通过光圈107(例如被充分缩小至1mm以下)的光学开口107h的衍射光L2的光强度，并且以获取该光强度的最大值的方式，通过保持部13的第2机构22来调整反射型衍射光栅104的角度，并调整来自反射型衍射光栅104的衍射光L2的光轴。此时，由第4机构，通过使角隅反射镜103的整体沿着X轴方向移动，能够进一步调整衍射光L2的光轴。

接下来，如图7所示，在获取通过光圈107的光学开口107h的衍射光L2的光强度的最大值后，充分扩大光圈107的光学开口107h，并且在光圈108的与光圈107为相反侧的位置设置能够检测通过光学开口108h的衍射光L2的光强度的检测器50。并且，监测经由角隅反射镜103而通过光圈108(例如被充分缩小至1mm以下)的光学开口108h的衍射光L2的光强度，并且以获取该光强度的最大值的方式，通过保持部13的第2机构22以及第3机构23来调整反射镜105的角度，并调整来自反射镜105的衍射光L2的光轴。

光圈107的光学开口107h的中心与光圈108的光学开口108h的中心在基部11以及保持部的机械加工精度的范围与直线S2一致。因此，通过交替重复：一边监测通过光圈107的光学开口107h的衍射光L2的强度一边进行的衍射光L2的光轴调整、以及一边监测通过光圈108的光学开口108h的衍射光L2的强度一边进行的衍射光L2的光轴调整，能够使依次通过光圈107、108的光学开口107h、108h的衍射光L2的光轴与直线S2一致。

这些调整的结果，能够使从激光源101输出并通过透镜102的激光L1的光轴、与经由角隅反射镜103而通过光圈107、108的光学开口107h、108h的衍射光L2的光轴与相互平行的两条直线S1、S2一致。另外，由此，保证反射型衍射光栅104的反射面104s与反射镜105的反射面105s的正交，并且实现通过由第1机构21的、角隅反射镜103的旋转来选择输出光(衍射光L2)的波长时的输出光的位置以及方向的固定。

最后，在该方法中，在充分扩大光圈107、108的光学开口107h、108h的状态下，以使通过光学开口108h的衍射光L2的光强度在距光圈108任意距离处为最大的方式，调整激光源101与透镜102的距离。由此，来自激光源101的激光被透镜102进行准直，激光源101与反射型衍射光栅104光学耦合，并且使将反射型衍射光栅104作为共振器的一端的外部共振成立。如以上所述，根据该方法，在设置激光源101后，仅进行使光依次通过光圈106～107的操作，就能够实现外部共振器的光轴调整。

如以上所说明的那样，由此，根据光学套件10，能够很容易地调整输出光的位置以及方向，甚至能够很容易地实现选择输出光的波长时的固定输出光的位置以及方向的结构。

此外，在上述结构中，为了即使改变反射型衍射光栅104的角度，即角隅反射镜103的角度，在反射镜105反射的衍射光L2的光轴也不会发生位置偏差，反射型衍射光栅104与反射镜105的反射面104s、105s彼此为直角，并且必须将角隅反射镜103的旋转中心(旋转轴A1的位置)配置为距直线S1以及直线S2相等距离。

但是，作为用于使光轴与两条平行的直线S1、S2对准的上述光轴调整方法的结果，这些条件自然成立，仅通过以上述步骤进行光轴调整，在外部共振器成立的同时，能够抑制伴随着角隅反射镜103的旋转的光束的位置以及方向的变化。在上述光轴调整方法中，不拘泥于预先的、相互的反射面104s、105s的严密的直角性而是采用通过调整机构(第2机构22以及第3机构23)来调整反射型衍射光栅104与反射镜105的方式的理由在于，吸收由更换激光源和衍射光栅可能产生的微小倾斜和位置偏差、或者从依赖于定位透镜102与光圈106～108的机械加工精度以及光圈106～018的开口直径的理想状态的偏差，实现沿着直线S1、S2的光轴。

此外，如果不使用上述实施方式的结构，而是通过单独形成并组装严格地以直角配置有反射型衍射光栅的反射面与反射镜的反射面的角隅反射镜，即使实现不随角隅反射镜的角度变化而产生出射光的光轴位置偏差的结构，但是为了将出射光向所预期的位置以及方向导向，也必须进行吸收如上所述的倾斜和位置偏差等的调整，并且对于使用者而言，每次更换反射型衍射光栅时形成具有严格的直角性的角隅反射镜非常费事。即，在本实施方式中，通过使用如上述方式配置的光圈106～108与角隅反射镜103的调整机构，能够显著提高更换激光源和衍射光栅时使用者的调整操作的便利性。

另外，在本实施方式的光学系统中，即使在更换激光源和衍射光栅并重新校准后，输出光也必然在沿着由光圈107、108所规定的直线S2的位置以及方向取出，因此，即使在更换光学部件以及随之而来的校准后也可以再现更换之前的光轴。因此，不会对将本实施方式的激光装置100用作波长可变光源的外部光学系统产生影响，并且能够更换激光源和衍射光栅。由以上可知，本实施方式的光学套件10可作为能够很容易进行激光源和衍射光栅等光学部件的更换与校准的光学套件。

图8～图10是示出使用本实施方式的光学套件进行上述光轴调整方法的结果的一例的图表。在图8中，由下侧横轴表示波数，上侧横轴表示波长，左侧纵轴表示归一化的光强度，右侧纵轴表示平均输出。图8的图表中的各绘图示出对于各光强度的峰值波长(波数)的平均输出。图9是图8的一部分的放大图表。如图8、9所示，根据使用了该光学套件10的光轴调整，能够实现在超过150cm^-1的波长(波数)范围，在半峰全宽小于1cm^-1的单一模式下可自由选择振荡波长的激光装置100。

在图10中，由横轴表示波数，由纵轴表示X轴方向以及Y轴方向上距输出光的中心的偏移量。如图10所示，根据使用了该光学套件10的光轴调整，能够实现激光装置100，其在选择超过150cm^-1的波长(波数)范围的波长时，输出光的位置偏差在X轴方向以及Y轴方向上均被控制在0.5mrad的范围。这样，如果使用该光学套件10，能够提供可用于分光等精密测量的外部共振器光源。

以上的实施方式是说明本公开的一例。因此，本公开不限于上述的光学套件10以及激光装置100，能够任意地改变。接下来，对本公开的变形例进行说明。

图11是示出第1变形例的光学装置的平面示意图。如图11所示，光学装置100A不具备激光源。因此，构成该光学装置100A的光学套件也不具有保持激光源的保持部。该变形例的光学套件的其他点与上述光学套件10相同。在此情况下，在光学套件，通过将保持透镜102的保持部12配置于基部11的边缘部，能够将透镜102与光圈106的距离设为在基部11上可设定的最大尺寸。其结果，提高了用于将经由透镜102并通过光圈106的光学开口106h的激光L1与直线S1对准的校准精度，进而，也提高了用于将衍射光L2与直线S2对准的校准精度。

图12是示出第2变形例的光学装置的平面示意图。如图12所示，光学装置100B与光学装置100A相比，光圈106以及保持光圈106的保持部16配置于角隅反射镜103(反射型衍射光栅104)与透镜102之间。光学装置100B的其他点与光学装置100A相同。由此，在能够在基部11上充分确保透镜102与光圈106的距离的情况下，也可以将光圈106以及保持部16配置于反射型衍射光栅104与透镜102之间。在这种情况下，能够使反射型衍射光栅104(角隅反射镜103)位于基部11的边缘部侧，并且能够增大透镜102与反射型衍射光栅104的距离。其结果，可以提高外部共振器的波长选择的精度。此外，在此情况下，也可以将光圈107与光圈106一体化并由单一的保持部保持。

另外，在上述的激光装置100以及光学装置100A、100B，保持部13不限于一体地拆卸角隅反射镜103的结构。保持部13也可以以能够在角隅反射镜103仅拆卸反射型衍射光栅104的方式进行保持。

也可以替代光圈106～108，使用不具有光圈功能，即，不具有光学开口106h～108h尺寸的调整功能的针孔(pinhole)等开口构件。在这种情况下，保持部16～18将针孔等开口构件保持为能够从激光L1或者衍射光L2的光路插拔即可。即，光圈106～108可以为能够在激光L1或者衍射光L2的光路形成光学开口的任意部件。

另外，光轴调整时的激光L1或者衍射光L2的光强度的监测方法可以使用热敏色素等来代替检测器50，并且没有特别限制。

产业上的利用可能性

提供一种能够很容易地调整输出光的位置以及方向的光学套件以及光学装置。

符号说明

10…光学套件、11…基部、11s…主面、12…保持部(透镜保持部)、13…保持部(反射镜保持部)、16…保持部(第1开口构件保持部)、17…保持部(第2开口构件保持部)、18…保持部(第3开口构件保持部)、19…保持部(光源保持部)、21…第1机构、22…第2机构、23…第3机构、100…激光装置(光学装置)、100A、100B…光学装置。