DE112011100843B4

DE112011100843B4 - Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtimpuls

Info

Publication number: DE112011100843B4
Application number: DE112011100843.0T
Authority: DE
Inventors: Tomoyu Yamashita
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP4792530B2; JP2011187638A; WO2011111573A1; US20110216791A1; DE112011100843T5

Abstract

Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1), umfassend:einen Laser (12), der einen Laserlichtpuls ausgibt;eine Referenz-Vergleichseinheit (22), die eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, und eine vorherbestimmte Spannung miteinander vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird;eine Mess-Vergleichseinheit (15), die eine Spannung, welche auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, mit einer Spannung eines Phasenkontrollsignals vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird;einen Phasendifferenzdetektor (32), der eine Phasendifferenz zwischen dem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit (22) und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit (15) detektiert; undein Schleifenfilter (34), das eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor (32) entfernt, wobei:die Spannung (ΔV) des Phasenkontrollsignals verschieden von der vorherbestimmten Spannung ist undder Laser (12) die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter verändert (34).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kontrolle der Phase eines Laserlichtpulses.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es ist bekannt, dass eine Phasendifferenz zwischen Lichtpulsen, die von zwei Lasern ausgegeben werden, detektiert wird und dass die Phase des Lichtpulses, der von einem der beiden Laser ausgegebenen wird, basierend auf dem Detektionsergebnis kontrolliert wird (siehe zum Beispiel 13 in JP H10 - 96 610 A1 und 2 in DE 20 2008 009 021 U1 ).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Phase eines Lichtpulses, der aus einem Laser ausgegeben wird, zu kontrollieren, ohne von einem Detektionsergebnis einer Phasendifferenz zwischen Lichtpulsen, die von zwei Lasern ausgegebenen werden, abhängig zu sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls: einen Laser, der einen Laserlichtpuls ausgibt; eine Referenz-Vergleichseinheit, die eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, und eine vorherbestimmte Spannung miteinander vergleicht, wodurch ein Resultat davon ausgegeben wird; eine Mess-Vergleichseinheit, die eine Spannung, welche auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, mit einer Spannung eines Phasenkontrollsignals vergleicht, wodurch ein Resultat davon ausgegeben wird; einen Phasendifferenz-Detektor, der eine Phasendifferenz zwischen dem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit detektiert; und ein Schleifenfilter (loop filter), der eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenz-Detektor entfernt, wobei die Spannung des Phasenkontrollsignals verschieden von der vorherbestimmten Spannung ist und der Laser die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter ändert.
Gemäß dem so konstruierten ersten Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls gibt ein Laser einen Laserlichtpuls aus. Eine Referenz-Vergleichseinheit vergleicht eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welche eine vorherbestimmte Frequenz hat, und eine vorherbestimmte Spannung miteinander, wodurch ein Resultat davon ausgegeben wird. Eine Mess-Vergleichseinheit vergleicht eine Spannung, die auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, mit einer Spannung eines Phasenkontrollsignals, wodurch ein Resultat davon ausgegeben wird. Ein Phasendifferenz-Detektor detektiert eine Phasendifferenz zwischen dem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit. Ein Schleifenfilter entfernt eine hochfrequente Komponente eines Outputs von dem Phasendifferenz-Detektor. Weiterhin ist die Spannung des Phasenkontrollsignals verschieden von der vorherbestimmten Spannung. Darüber hinaus ändert der Laser die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter.
Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Phasenkotrollgerät für einen Laserlichtpuls kann die vorherbestimmte Spannung ein elektrisches Erdungspotential sein.
Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann die Resonatorlänge des Lasers sich gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter ändern.
Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann der Laser ein Piezoelement umfassen, wobei der Output aus dem Schleifenfilter in das Piezoelement eingespeist werden kann und die Resonatorlänge des Lasers durch Ausdehnung und Zusammenziehen des Piezoelements verändert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das erste Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls eine photoelektrische Umwandlungseinheit umfassen, die den Laserlichtpuls empfängt; und ein Tiefpassfilter, der einer hochfrequente Komponente aus dem Output aus der photoelektrischen Umwandlungseinheit entfernt, wobei das elektrische Messsignal auf dem Output aus dem Tiefpassfilter basieren kann.
Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann das Phasenkontrollsignal aus einem beliebigen Wellenformgenerator ausgegeben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das erste Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls weiterhin umfassen: einen Referenzlaser, der einen Referenz-Laserlichtpuls ausgibt; eine photoelektrische Referenz-Umwandlungseinheit, die den Referenz-Laserlichtpuls empfängt; und ein Referenz-Tiefpassfilter, das eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der photoelektrischen Referenz-Umwandlungseinheit entfernt, wobei das elektrische Referenzsignal auf dem Output aus dem Referenz-Tiefpassfilter basieren kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein zweites Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls umfassen: einen Laser, der einen Laserlichtpuls ausgibt; eine Referenz-Vergleichseinheit, die eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welche eine vorherbestimmte Frequenz hat, und eine vorherbestimmte Spannung miteinander vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; eine Mess-Vergleichseinheit, die eine Spannung, welche auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, mit der vorherbestimmten Spannung vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; einen Phasendifferenz-Detektor, der eine Phasendifferenz zwischen dem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit detektiert; ein Schleifenfilter, das eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor entfernt, wobei: die Spannung des elektrischen Messsignals verändert wird und der Laser die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter verändert.
Gemäß dem so konstruierten zweiten Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls gibt ein Laser einen Laserlichtpuls aus. Eine Referenz-Vergleichseinheit vergleicht eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, und eine vorherbestimmte Spannung miteinander, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Eine Mess-Vergleichseinheit vergleicht eine Spannung, die auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, das eine vorherbestimmte Frequenz hat, mit der vorherbestimmten Spannung, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Ein Phasendifferenzdetektor detektiert eine Phasendifferenz zwischen dem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit. Ein Schleifenfilter entfernt eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor. Die Spannung des elektrischen Messsignals wird verändert, und der Laser verändert die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter.
Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann die Spannung des elektrischen Messsignals verändert werden durch das Verändern einer Leistung von Anregungslicht, welches den Laser anregt.
Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann die Spannung des elektrischen Messsignals verändert werden durch Abschwächen des Laserlichtpulses, und der Grad der Abschwächung kann variabel sein.
Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann die vorherbestimmte Spannung ein elektrisches Erdungspotential sein.
Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann sich eine Resonatorlänge des Lasers gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter verändern.
Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann der Laser ein Piezoelement umfassen; der Output von dem Schleifenfilter kann in das Piezoelement eingespeist werden; und die Resonatorlänge des Lasers kann durch Ausdehnung und Kontraktion des Piezoelements verändert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das zweite Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls umfassen: eine photoelektrische Umwandlungseinheit, die den Laserlichtpuls empfängt; und ein Tiefpassfilter, das eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der photoelektrischen Umwandlungseinheit entfernt, wobei das elektrische Messsignal auf dem Output aus dem Tiefpassfilter basiert.
Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann die Spannung des elektrischen Messsignals sich basierend auf einem Phasenkontrollsignal ändern, und das Phasenkontrollsignal kann ein Output aus einem beliebigen Wellenform-Generator sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein drittes Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls umfassen: einen Laser, der einen Laserlichtpuls ausgibt; eine Referenz-Vergleichseinheit, welche eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, das eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, und eine Spannung eines Phasenkontrollsignals miteinander vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; eine Mess-Vergleichseinheit, die eine Spannung, welche auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, mit einer vorherbestimmten Spannung vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; einen Phasendifferenz-Detektor, der eine Phasendifferenz zwischen einem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit detektiert; ein Schleifenfilter, das eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor entfernt, wobei die Spannung des Phasenkontrollsignals von der vorherbestimmten Spannung verschieden ist und der Laser die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter verändert.
Gemäß dem so konstruierten dritten Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls gibt ein Laser einen Laserlichtpuls aus. Eine Referenz-Vergleichseinheit vergleicht eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, und eine Spannung eines Phasenkontrollsignals miteinander, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Eine Mess-Vergleichseinheit vergleicht eine Spannung, die auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, mit einer vorherbestimmten Spannung, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Ein Phasendifferenzdetektor detektiert eine Phasendifferenz zwischen einem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit. Ein Schleifenfilter entfernt eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor. Weiterhin ist die Spannung des Phasenkontrollsignals verschieden von der vorherbestimmten Spannung. Darüber hinaus ändert der Laser die Phase des Laserlichts gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter.
Gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann die vorherbestimmte Spannung ein elektrisches Erdungspotential sein.
Gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann sich eine Resonatorlänge des Lasers gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter ändern.
Gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann der Laser ein Piezoelement umfassen, wobei der Output aus dem Schleifenfilter in das Piezoelement eingespeist werden kann und die Resonatorlänge des Lasers durch Ausdehnung und Kontraktion des Piezoelements verändert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das dritte Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls umfassen: eine photoelektrische Umwandlungseinheit, die den Laserlichtpuls empfängt; und ein Tiefpassfilter, das eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der photoelektrischen Umwandlungseinheit entfernt, wobei das elektrische Messsignal auf dem Output aus dem Tiefpassfilter basieren kann.
Gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls kann das Phasenkontrollsignal aus einem beliebigen Wellenform-Generator ausgegeben werden.
Figurenliste

1 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 zeigt eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung einer Referenz-Vergleichseinheit 22 (2 (a)), eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung einer Mess-Vergleichseinheit 15 (vor einer Phasenfluktuation) (2 (b)) und eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung eines Verstärkers 18 (nach einer Phasenfluktuation) (2 (c)) gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der Abwandlung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 zeigt eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Referenz-Vergleichseinheit 22 (5 (a)), eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Mess-Vergleichseinheit 15 (vor einer Phasenfluktuation) (5 (b)) und eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung des Verstärkers 18 (nach einer Phasenfluktuation) (5 (c)) gemäß der zweiten Ausführungsform;
6 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der Abwandlung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 zeigt eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Referenz-Vergleichseinheit 22 (8 (a)), eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Mess-Vergleichseinheit 15 (vor einer Phasenfluktuation) (8 (b)) und eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung des Verstärkers 18 (nach einer Phasenfluktuation) (8 (c)) gemäß der dritten Ausführungsform.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Beschreibung wird nun gegeben von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Erste Ausführungsform
1 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 zeigt eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung einer Referenz-Vergleichseinheit 22 (2(a)), eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung einer Mess-Vergleichseinheit 15 (vor einer Phasenfluktuation) (2 (b)) und eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung eines Verstärkers 18 (nach einer Phasenfluktuation) (2 (c)) gemäß der ersten Ausführungsform.
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Laser 12, eine Quelle 13 für ein erstes Phasenkontrollsignal, einen optischen Koppler 14, die Mess-Vergleichseinheit 15, eine Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16, ein Tiefpassfilter 17, den Verstärker 18, eine Quelle 21 für ein elektrisches Referenzsignal, die Referenz-Vergleichseinheit 22, eine Phasen-Vergleichseinheit (Phasendifferenz-Detektor) 32, ein Schleifenfilter 34 und eine Piezoansteuerung 36.
Der Laser 12 gibt einen Laserlichtpuls aus. Es sollte bemerkt werden, dass die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses ungefähr gleich ist der Frequenz (zum Beispiel 50 MHz) eines elektrischen Referenzsignals, welches von der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal ausgegeben wird.
Der Laser 12 umfasst ein Piezoelement 12p. Das Piezoelement 12p dehnt sich aus und zieht sich zusammen in eine X-Richtung (horizontale Richtung in 1) als Ergebnis der Anwendung einer Spannung eines Outputs aus dem Schleifenfilter 34 nach einer Verstärkung durch die Piezoansteuerung 36. Die Ausdehnung/Kontraktion in der X-Richtung des Piezoelements 12 ändert die Länge des Laserresonators des Lasers 12. Die Änderung in der Länge des Laserresonators ändert die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses, wodurch die Phase des Laserlichtpulses geändert wird.
Der optische Koppler 14 empfängt den Laserlichtpuls, der aus dem Laser 12 ausgegeben wird und gibt den Laserlichtpuls an eine Photodiode 16 und nach draußen aus in einem Verhältnis von zum Beispiel 1:9 als Leistungsverhältnis. Zum Beispiel ist die optische Leistung des Laserlichtpulses, der in die Photodiode 16 eingespeist wird, 10 % der optischen Leistung des Laserlichts, das vom Laser 12 ausgegeben wird.
Die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16 empfängt den Laserlichtpuls vom optischen Koppler 14 und wandelt den Laserlichtpuls in ein elektrisches Signal um. Die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses ist ungefähr 50 MHz. Darüber hinaus ist eine Fluktuation der Wiederholfrequenz, die durch die Ausdehnung/Kontraktion des Piezoelements 12p verursacht wird, winzig und demnach kann die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses als 50 MHz betrachtet werden. Deswegen hat das elektrische Signal eine Komponente der Frequenz 50 MHz (Komponente der Frequenz des elektrischen Referenzsignals) und eine hochfrequente Komponente (deren Frequenz viel größer als 50 MHz ist).
Das Tiefpassfilter 17 entfernt die hochfrequente Komponente des Outputs aus der Photodiode 16. Die Abschneidefrequenz des Tiefpassfilters 17 ist zum Beispiel 70 MHz. Demnach wird die hochfrequente Komponente entfernt, wenn das Tiefpassfilter 17 den Output aus der Photodiode 16 empfängt, und die Komponente mit der Frequenz 50 MHz (Komponente der Frequenz des elektrischen Referenzsignals) läuft durch. Es sollte bemerkt werden, dass „Entfernen“ nicht notwendigerweise ein vollständiges Entfernen bedeutet und einen Fall umfasst, in welchem ein kleiner Teil der hochfrequenten Komponente übrig gelassen wird. In einem folgenden Abschnitt hat „Entfernen“ dieselbe Bedeutung.
Der Verstärker 18 verstärkt den Output aus dem Tiefpassfilter 17. Der Output aus dem Verstärker 18 wird als elektrisches Messsignal bezeichnet. Das Erhalten des elektrischen Messsignals entspricht einer Messung der Lichtintensität des Laserlichtpulses.
Das elektrische Messsignal wird erhalten durch Verstärken des Outputs aus der Photodiode 16 mittels des Verstärkers 18 und hat demnach eine Spannung, die auf der Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert. Darüber hinaus ist das elektrische Messsignal durch das Tiefpassfilter hindurch gelaufen und hat demnach die vorherbestimmte Frequenz (Frequenz des elektrischen Referenzsignals).
Es ist denkbar, das Tiefpassfilter 17 und den Verstärker 18 miteinander zu vertauschen und den Output aus der Photodiode 16 über den Verstärker 18 in das Tiefpassfilter 17 einzuspeisen. In diesem Fall ist das elektrische Messsignal der Output aus dem Tiefpassfilter 17. In beiden Fällen bleibt das elektrische Messsignal das Signal, welches auf dem Output aus dem Tiefpassfilter 17 basiert.
Die Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal gibt das elektrische Referenzsignal aus, welches die vorherbestimmte Frequenz (zum Beispiel 50 MHz) hat.
Die Referenz-Vergleichseinheit 22 vergleicht die Spannung des elektrischen Referenzsignals und die vorherbestimmte Spannung miteinander, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Es sollte bemerkt werden, dass die vorherbestimmte Spannung zum Beispiel ein elektrisches Erdungspotential ist. Unter Bezugnahme auf 1 ist einer der beiden Eingangsanschlüsse der Referenz-Vergleichseinheit 22 mit dem Output aus der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal verbunden und der andere ist geerdet. Der Signaloutput aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 wird bestimmt gemäß der Größe des Spannungsinputs an den beiden Eingangsanschlüssen der Referenz-Vergleichseinheit 22.
Zum Beispiel, unter Bezugnahme auf 2 (a), wenn die Spannung des Outputs aus der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal größer als das elektrische Erdungspotential (= 0 [V]) ist, ist die Spannung des Signaloutputs aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 ein vorherbestimmter positiver Wert. Wenn die Spannung des Outputs aus der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal kleiner oder gleich dem elektrischen Erdungspotential (= 0 [V]) ist, ist die Spannung des Signaloutputs aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 0 [V].
Die erste Phasenkontrollsignal-Quelle 13 gibt das Phasenkontrollsignal aus. Die Spannung des Phasenkontrollsignals ist verschieden von der vorherbestimmten Spannung (elektrisches Erdungspotential). Zum Beispiel ist Bezug nehmend auf eine Nachbarschaft einer Zeit t1 + Δt in 2 (b) die Spannung ΔV des Phasenkontrollsignals verschieden von dem elektrischen Erdungspotential 0 [V]. Es sollte bemerkt werden, dass die erste Phasenkontrollsignal-Quelle 13 zum Beispiel ein beliebiger Wellenformgenerator ist. Zum Beispiel kann das Phasenkontrollsignal die Spannung ΔV bei der Zeit t1 + Δ t haben und eine Spannung 2 Δ V bei einer Zeit t1 + 2ΔV, ..., indem bewirkt wird, dass der beliebige Wellenformgenerator das Phasenkontrollsignal erzeugt. Obwohl ΔV > o in 2 (b) gilt, kann darüber hinaus ΔV < o gelten. In diesem Fall gilt Δt < o.
Die Mess-Vergleichseinheit 15 vergleicht die Spannung des elektrischen Messsignals und die Spannung des Phasenkontrollsignals miteinander, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Mit anderen Worten empfängt die Mess-Vergleichseinheit 15 den Output aus dem Verstärker 18 und den Output aus der ersten Phasenkontrollsignal-Quelle 13, vergleicht beide miteinander und gibt das Ergebnis davon aus.
Wenn zum Beispiel unter Bezugnahme auf die Nachbarschaft der Zeit t1 + Δt in 2 (b) die Spannung des Outputs aus dem Verstärker 18 größer als die Spannung ΔV des Outputs aus der ersten Phasenkontrollsignal-Quelle 13 ist, ist die Spannung des Signaloutputs der Mess-Vergleichseinheit 15 ein vorherbestimmter positiver Wert. Wenn die Spannung des Outputs aus dem Verstärker 18 kleiner oder gleich der Spannung ΔV des Outputs aus der ersten Phasenkontrollsignal-Quelle 13 ist, ist die Spannung des Signaloutputs aus der Mess-Vergleichseinheit 15 gleich 0 [V].
Die Phasenvergleichseinheit (Phasendifferenzdetektor) 32 detektiert die Phasendifferenz zwischen dem Output von der Referenz-Vergleichseinheit 22 und dem Output von der Mess-Vergleichseinheit 15 und gibt sie aus.
Das Schleifenfilter 34 entfernt eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der Phasenvergleichseinheit 32.
Die Piezoansteuerung 36 ist zum Beispiel ein Leistungsverstärker und verstärkt den Output aus dem Schleifenfilter 34. Der Output von der Piezoansteuerung 36 wird in das Piezoelement 12p eingespeist. Deshalb dehnt sich das Piezoelement 12p in der X-Richtung bzw. zieht sich zusammen. Es sollte bemerkt werden, dass das Piezoelement 12p veranlasst wird, sich so auszudehnen bzw. sich zusammen zu ziehen, dass die Phasendifferenz, die durch die Phasenvergleichseinheit 32 detektiert wird, einen konstanten Wert (zum Beispiel o Grad, 90 Grad oder - 90 Grad) hat. Demnach kann die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses präzise mit der Frequenz des elektrischen Referenzsignals (zum Beispiel 50 MHz) zusammen treffen.
Eine Beschreibung eines Betriebs der ersten Ausführungsform wird nun gegeben werden.
Bezugnehmend auf 2(a) wird das elektrische Referenzsignal, das eine vorherbestimmte Frequenz (zum Beispiel 50 MHz) hat, aus der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal ausgegeben und darüber hinaus wird das Vergleichsresultat zwischen der Spannung des elektrischen Referenzsignals und dem elektrischen Erdungspotential (= o [V]) aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegeben. Demnach wird ein Puls, der eine Wiederholfrequenz von 50 MHz hat, aus der Referenzvergleichseinheit 22 ausgegeben. Dabei wird angenommen, dass die Anstiegszeit eines bestimmten Pulsoutputs aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 t1 ist.
Dabei wird angenommen, dass ein Eingangsanschluss der Mess-Vergleichseinheit 15 nicht mit dem Output aus der ersten Phasenkontrollsignal-Quelle 13 verbunden ist, sondern vor der Zeit t1 + Δt geerdet ist (siehe den auf die Mess-Vergleichseinheit 15 gerichteten gepunkteten Pfeil in 1). Es sollte bemerkt werden, dass der andere Eingangsanschluss der Mess-Vergleichseinheit 15 mit dem Verstärker 18 verbunden ist.
In diesem Fall ist der Betrieb des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 ähnlich zu dem einer gewöhnlichen PLL-Schaltung (PLL circuit). Mit anderen Worten ist die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses 50 MHz (siehe den Output aus dem Verstärker 18 in 2 (b)).
In einer detaillierteren Beschreibung, die auf 1 Bezug nimmt, wird der Laserlichtpuls, der von dem Laser 12 ausgegeben wird, durch den optischen Koppler 14 teilweise auf die Photodiode 16 gegeben, erfährt dort eine photoelektrische Umwandlung und läuft durch das Tiefpassfilter 17, was zur Entfernung der hochfrequenten Komponente. führt. Der Output aus dem Tiefpassfilter 17 wird weiterhin durch den Verstärker 18 verstärkt und wird durch die Mess-Vergleichseinheit 15 mit der Spannung des Phasenkontrollsignals verglichen, die gleich dem elektrischen Erdungspotential (= 0 [V]) ist.
Die Phasen-Vergleichseinheit 32 vergleicht die Phase des Outputs aus der Mess-Vergleichseinheit 15 und den Output aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 und detektiert die Phasendifferenz zwischen ihnen und gibt sie aus. Die hochfrequente Komponente von dem Output aus der Phasenvergleichseinheit 32 wird durch das Schleifenfilter 34 entfernt, und der resultierende Output wird durch die Piezoansteuerung 36 verstärkt und wird in das Piezoelement 12p eingespeist. Das Piezoelement 12p dehnt sich aus/zieht sich zusammen, sodass die Phasendifferenz, die durch die Phasenvergleichseinheit 32 detektiert wird, einen konstanten Wert hat (zum Beispiel 0 Grad, 90 Grad oder - 90 Grad). Demnach kann die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses präzise mit der Frequenz 50 MHz des elektrischen Referenzsignals zusammenfallen.
2(b) zeigt einen Fall, in welchem die Kontrolle so bereitgestellt wird, dass die durch die Phasen-Vergleichseinheit detektierte Phasendifferenz o Grad ist. Die letzte Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18, die durch eine gepunktete Linie dargestellt wird, zeigt, dass die Output-Wellenform des Verstärkers 18 tatsächlich von der Position, welche durch die gepunktete Linie angezeigt wird, abweichen wird, wenn die Zeit die entsprechende Zeit, die der gepunkteten Linie entspricht, erreicht. Es wird angenommen, dass sich die Output-Wellenform des Verstärkers 18 nach ungefähr der Viertelperiode (Frequenz 50 MHz) von der Zeit t1 + Δt in 2 (b) verschiebt. Die Verschiebung der Output-Wellenform des Verstärkers 18 nach ungefähr der Viertelperiode ist einfach ein Beispiel, und die Output-Wellenform des Verstärkers 18 kann sich nach einer kürzeren oder längeren Periode als diese verschieben.
Bezugnehmend auf 2(b) wird weiterhin angenommen, dass der eine Eingangsanschluss der Mess-Vergleichseinheit 15 nicht länger geerdet ist in der Nachbarschaft der Zeit t1 + Δt und dass das Phasenkontrollsignal (Spannung ΔV (> 0 [V])), das von der ersten Phasenkontrollsignal-Quelle 13 ausgegeben wird, in einen Eingangsanschluss der Mess-Vergleichseinheit 15 eingespeist wird. Dann ist die Anstiegszeit des Pulsoutputs aus der Mess-Vergleichseinheit 15 t1 + Δt. Demnach wird eine Differenz zwischen der Anstiegszeit t1 des Pulsoutputs aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 und der Anstiegszeit t1 + Δt des Pulsoutputs aus der Mess-Vergleichseinheit 15 erzeugt.
Kontrolle wird bereitgestellt, sodass die durch die Phasen-Vergleichseinheit 32 detektierte Phasendifferenz auch in diesem Fall 0 Grad ist. Mit anderen Worten wird die Output-Wellenform des Verstärkers 18 kontrolliert, um sie um Δt nach links zu verschieben, sodass der Pulsoutput aus der Mess-Vergleichseinheit 15 um Δt nach links verschoben wird.
2(c) zeigt die Output-Wellenform des Verstärkers 18, wenn die Output-Wellenform des Verstärkers 18 um Δt nach links verschoben ist. Die erste Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18, die durch eine gepunktete Linie dargestellt wird, zeigt, dass die Output-Wellenform des Verstärkers 18 zu einer Zeit, die der gepunkteten Linie entspricht, nicht vollständig verschoben worden ist. Mit anderen Worten ist die gepunktete Linie der ersten Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18 eine virtuelle Wellenförm, die erhalten wird durch Ausdehnung auf den Zeitpunkt t1 - Δt einer Wellenform zu einer Zeit, wenn die Output-Wellenform des Verstärkers 18 vollständig um Δt nach links verschoben worden ist.
Bezugnehmend auf 2(b) und 2(c) wird erkannt, dass die Phase der Output-Wellenform des Verstärkers 18 innerhalb einer Periode von ungefähr T/4 um Δt/T verschoben ist (es sollte bemerkt werden, dass T die Periode der Output-Wellenform des Verstärkers 18 bezeichnet). Deswegen wird erkannt, dass die Phase des Laserlichtpulses sich in einer Periode von ungefähr T/4 um Δt/T verschiebt.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist es möglich, die Phase des Laserlichtpulses, der vom Laser 12 ausgegeben wird, zu kontrollieren, ohne von einem Detektionsergebnis einer Phasendifferenz zwischen Lichtpulsen, die von zwei Lasern ausgegeben werden, abhängig zu sein.
Die Beschreibung wird gegeben unter der Annahme, dass die Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal das elektrische Referenzsignal gemäß der ersten Ausführungsform ausgibt. Jedoch sind andere Konfigurationen zum Ausgeben des elektrischen Referenzsignals vorhanden und werden als eine Abwandlung der ersten Ausführungsform beschrieben.
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der Abwandlung der ersten Ausführungsform umfasst den Laser 12, die erste Phasenkontrollsignal-Quelle 13, den optischen Koppler 14, die Mess-Vergleichseinheit 15, die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16, das Tiefpassfilter 17, den Verstärker 18, die Referenz-Vergleichseinheit 22, einen Referenzlaser 23, einen optischen Koppler 24, eine Photodiode (eine photoelektrische Referenz-Umwandlungseinheit) 26, ein Referenz-Tiefpassfilter 27, einen Verstärker 28, die Phasen-Vergleichseinheit (Phasendifferenzdetektor) 32, das Schleifenfilter 34 und die Piezoansteuerung 36.
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der Abwandlung der ersten Ausführungsform umfasst den Referenzlaser 23, den optischen Koppler 24, die Photodiode (photoelektrische Referenz-Umwandlungseinheit) 26, das Referenz-Tiefpassfilter 27 und den Verstärker 28 an Stelle der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal (siehe 1) gemäß der ersten Ausführungsform. Die anderen Teile sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform und eine Beschreibung derselben wird deswegen ausgelassen.
Der Referenzlaser 23 gibt einen Referenz-Laserlichtpuls aus. Die Wiederholfrequenz des Referenz-Laserlichtpulses ist gleich der Frequenz des elektrischen Referenzsignals (zum Beispiel 50 MHz).
Der optische Koppler 24 empfängt den Referenz-Laserlichtpuls, der von dem Referenzlaser 23 ausgegeben wird, und gibt den Referenz-laserlichtpuls an die Photodiode 26 und nach draußen aus in einem Verhältnis von zum Beispiel 1:9 als ein Leistungsverhältnis. Zum Beispiel ist die optische Leistung des Referenz-Laserlichtpulses, der in die Photodiode 26 eingespeist wird, 10 % der optischen Leistung des Referenz-Laserlichtpulses, der von dem Referenzlaser 23 ausgegeben wird.
Die Photodiode (photoelektrische Referenz-Umwandlungseinheit) 26 empfängt den Referenz-Laserlichtpuls vom optischen Koppler 24 und wandelt den Referenz-Laserlichtpuls in ein elektrisches Signal um. Das elektrische Signal hat eine Komponente der Frequenz 50 MHz (Komponente der Frequenz des elektrischen Referenzsignals) und eine hochfrequente Komponente (deren Frequenz viel höher als 50 MHz ist).
Das Referenz-Tiefpassfilter 27 entfernt die hochfrequente Komponente des Outputs aus der Photodiode 26. Die Abschneidefrequenz des Referenz-Tiefpassfilters 27 ist zum Beispiel 70 MHz. Demnach wird, wenn das Referenz-Tiefpassfilter 27 den Output aus der Photodiode 26 erhält, die hochfrequente Komponente entfernt und die Komponente der Frequenz von 50 MHz läuft durch.
Der Verstärker 28 verstärkt den Output aus dem Referenz-Tiefpassfilter 27. Der Output aus dem Verstärker 28 wird zum elektrischen Referenzsignal.
Es ist denkbar, das Referenz-Tiefpassfilter 27 und den Verstärker 28 miteinander zu vertauschen und den Output aus der Photodiode 26 über den Verstärker 28 in das Referenz-Tiefpassfilter 27 einzuspeisen. In diesem Fall ist das elektrische Referenzsignal der Output von dem Referenz-Tiefpassfilter 27. In beiden Fällen bleibt das elektrische Referenzsignal das Signal, das auf dem Output aus dem Referenz-Tiefpassfilter 27 basiert.
Zweite Ausführungsform
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist darin verschieden von dem Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der ersten Ausführungsform, dass die Phase des Laserlichtpulses, der vom Laser 12 ausgegeben wird, durch das Ändern der Lichtintensität des Laserlichtpulses kontrolliert wird, welcher in die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16 eingespeist wird.
4 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 zeigt eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Referenz-Vergleichseinheit 22 (5 (a)), eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Mess-Vergleichseinheit 15 (vor einer Phasenfluktuation) (5 (b)) und eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung des Verstärkers 18 (nach einer Phasenfluktuation) (5 (c)) gemäß der zweiten Ausführungsform.
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst den Laser 12, eine zweite Phasenkontrollsignal-Quelle 132, den optischen Koppler 14, die Mess-Vergleichseinheit 15, die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16, das Tiefpassfilter 17, den Verstärker 18, einen Treiber für eine Anregungs-Laserdiode (LD) 19, die Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal, die Referenz-Vergleichseinheit 22, die Phasen-Vergleichseinheit (Phasendifferenzdetektor) 32, das Schleifenfilter 34 und die Piezoansteuerung 36. Im folgenden Abschnitt werden gleiche Komponenten durch das gleiche Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet und werden nicht mit weiteren Details beschrieben.
Das Piezoelement 12p, der optische Koppler 14, die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16, das Tiefpassfilter 17, der Verstärker 18, die Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal, die Referenz-Vergleichseinheit 22, die Phasen-Vergleichseinheit (Phasendifferenzdetektor) 32, das Schleifenfilter 34 und die Piezoansteuerung 36 sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform und deswegen wird eine Beschreibung derselben ausgelassen.
Der Laser 12 umfasst die Anregungs-Laserdiode (LD), die nicht gezeigt wird. Die Anregungs-Laserdiode ist eine Laserdiode (LD), die Anregungslicht ausgibt, welches den Laser 12 anregt. Der Rest des Lasers 12 ist der Gleiche wie jener der ersten Ausführungsform und deswegen kann eine Beschreibung davon ausgelassen werden.
Die zweite Phasenkontrollsignal-Quelle 132 gibt das Phasenkontrollsignal aus und speist das Phasenkontrollsignal in den Treiber 19 für die Anregungs-Laserdiode ein. Es sollte bemerkt werden, dass die zweite Phasenkontrollsignal-Quelle 132 zum Beispiel ein beliebiger Wellenform-Generator sein kann. Der Treiber 19 für die Anregungslaserdiode ändert die Leistung des Anregungslichts, das von der Anregungslaserdiode ausgegeben wird, basierend auf dem Phasenkontrollsignal. Wenn sich die Leistung des Anregungslichts ändert, ändert sich die optische Leistung des Laserlichtpulses, was in einer Änderung der Spannung des elektrischen Messsignals resultiert.
Von den beiden Eingangsanschlüssen der Mess-Vergleichseinheit 15 ist einer mit dem Output (elektrisches Messsignal) des Verstärkers 18 verbunden und der andere ist geerdet. Die Mess-Vergleichseinheit 15 vergleicht die Spannung des elektrischen Messsignals und das elektrische Erdungspotential (= 0 [V]) miteinander, wodurch ein Resultat davon ausgegeben wird.
Zum Beispiel, mit Bezug auf eine Nachbarschaft der Zeit t1 + Δt in 5(b), ist die Spannung des Signals, das von der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, ein vorherbestimmter positiver Wert, wenn die Spannung des Outputs aus dem Verstärker 18 größer als das elektrische Erdungspotential (= 0 [V]) ist. Wenn die Spannung des Outputs aus dem Verstärker 18 kleiner oder gleich dem elektrischen Erdungspotential (= o [V]) ist, ist die Spannung des Signals, das von der Mess-Vergleichseinheit ausgegeben wird, 0 [V].
Eine Beschreibung wird nun gegeben von einem Betrieb der zweiten Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 5 (a) wird das elektrische Referenzsignal, das eine vorherbestimmte Frequenz (zum Beispiel 50 MHz) hat, von der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal ausgegeben. Darüber hinaus wird das Vergleichsresultat zwischen der Spannung des elektrischen Referenzsignals und dem elektrischen Erdungspotential (= 0 [V]) von der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegeben. Demnach wird der Puls, der eine Wiederholfrequenz von 50 MHz besitzt, von der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegeben. Dabei wird angenommen, dass die Anstiegszeit eines bestimmten Pulses, der aus der Referenz-Vergleichseinheit gleich t1 ist.
Dabei wird vor der Zeit t1 die durchschnittliche Spannung des Outputs (elektrisches Messsignal) aus dem Verstärker 18 auf 0 [V] gesetzt. In diesem Fall ist der Betrieb des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 ähnlich zu dem eines gewöhnlichen PLL-Schaltkreises. Mit anderen Worten ist die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses 50 MHz (siehe den Output aus dem Verstärker 18 in 5 (b)). Der normale Betrieb des PLL-Schaltkreises ist so wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, und eine Beschreibung desselben wird deshalb ausgelassen.
Darüber hinaus gibt die zweite Phasenkontrollsignal-Quelle 132 das Phasenkontrollsignal aus und speist zum Zeitpunkt t1 das Phasenkontrollsignal in den Treiber 19 für die Anregungs-Laserdiode (LD) ein (siehe die 5 (b)). Der Treiber 19 für die Anregungslaserdiode ändert die Leistung des Anregungslichts, das von der Anregungslaserdiode ausgegeben wird, basierend auf dem Phasenkontrollsignal. Wenn sich die Leistung des Anregungslichts ändert, ändert sich die optische Leistung des Laserlichtpulses, was in einer Änderung in der Spannung des Outputs (elektrisches Messsignal) des Verstärkers 18 resultiert.
Die letzte Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18, die durch eine gepunktete Linie in 5(b) angezeigt wird, zeigt, dass die ausgegebene Wellenform des Verstärkers 18 tatsächlich von der Position, die durch die gepunktete Linie angezeigt wird, abweichen wird, wenn die Zeit die entsprechende Zeit, die der gepunkteten Linie entspricht (welche dieselbe ist wie in der ersten Ausführungsform), erreicht.
Bezugnehmend auf 5(b) wird angenommen, dass die Leistung des Anregungslichts so geändert wird, dass die durchschnittliche Spannung des Outputs (elektrisches Messsignal) von dem Verstärker 18 dabei - ΔV [V] ist. Es sollte bemerkt werden, dass der Wert von ΔV derselbe ist wie jener aus der ersten Ausführungsform. Dann ist die Anstiegszeit des Pulses, der von der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, t1 + Δt. Es sollte bemerkt werden, dass der Wert Δt derselbe ist wie jener aus der ersten Ausführungsform. Demnach wird eine Differenz zwischen der Anstiegszeit t1 des Pulses, der von der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegeben wird, und der Anstiegszeit t1 + Δt des Pulses, der von der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, erzeugt.
Eine Kontrolle wird bereitgestellt, so dass die Phasendifferenz, die durch die Phasenvergleichseinheit detektiert wird, auch in diesem Fall 0 Grad ist. Mit anderen Worten wird die Output-Wellenform des Verstärkers 18 kontrolliert, um um Δt nach links verschoben zu sein, sodass der Puls, der von der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, um Δt nach links verschoben wird.
5 (c) zeigt die ausgegebene Wellenform des Verstärkers 18, wenn die ausgegebene Wellenform des Verstärkers 18 um Δt nach links verschoben ist. Die erste Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18, die durch eine gepunktete Linie dargestellt wird, zeigt, dass zu einer Zeit, die der gepunkteten Linie entspricht, die Output-Wellenform des Verstärkers 18 nicht vollständig verschoben worden ist. Mit anderen Worten ist die gepunktete Linie der ersten Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18 eine virtuelle Wellenform, die erhalten wird durch Ausdehnen - auf den Zeitpunkt t1 - Δt - einer Wellenform zu einer Zeit, wenn sich die ausgegebene Wellenform des Verstärkers 18 vollständig um Δt nach links verschoben hat.
Bezugnehmend auf die 5 (b) und 5(c) wird erkannt, dass in einer Periode von ungefähr T/4 die Phase der Output-Wellenform des Verstärkers 18 um Δt/T verschoben wird (es sollte bemerkt werden, dass T die Periode der Output-Wellenform des Verstärkers 18 bezeichnet). Deswegen wird erkannt, dass sich die Phase des Laserlichtpulses um Δt/T in einer Periode von ungefähr T/4 verschiebt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Phase des Laserlichtpulses, der von dem Laser 12 ausgegeben wird, zu kontrollieren, ohne vom Detektionsergebnis einer Phasendifferenz zwischen Lichtpulsen, die von zwei Lasern ausgegeben werden, abhängig zu sein.
Die Beschreibung wird gegeben unter der Annahme, dass die durchschnittliche Spannung des Outputs (elektrisches Messsignal) des Verstärkers 18 verändert wird durch das Verändern der Leistung des Anregungslichts gemäß der zweiten Ausführungsform. Jedoch kann die durchschnittliche Spannung des Outputs (elektrisches Messsignal) des Verstärkers 18 durch Abschwächen des Laserlichtpulses und Einspeisen des abgeschwächten Laserlichtpulses in die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16 verändert werden, was als eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform beschrieben wird.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der Abwandlung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der Abwandlung der zweiten Ausführungsform umfasst einen veränderlichen optischen Abschwächer 11, den Laser 12, eine dritte Phasenkontrollsignal-Quelle 134, den optischen Koppler 14, die Mess-Vergleichseinheit 15, die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16, das Tiefpassfilter 17, den Verstärker 18, die Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal, die Referenz-Vergleichseinheit 22, die Phasenvergleichseinheit (Phasendifferenzdetektor) 32, das Schleifenfilter 34 und die Piezoansteuerung 36.
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls gemäß der Abwandlung der zweiten Ausführungsform umfasst die dritte Phasenkontrollsignal-Quelle 134 und den veränderlichen optischen Abschwächer 11 anstelle der zweiten Phasenkontrollsignal-Quelle 132 und des Treibers für die Anregungslaserdiode (LD) 19. Die anderen Teile sind dieselben wie jene der zweiten Ausführungsform und eine Beschreibung derselben wird deswegen ausgelassen.
Die dritte Phasenkontrollsignal-Quelle 134 gibt ein Phasenkontrollsignal aus und speist das Phasenkontrollsignal in den veränderlichen optischen Abschwächer 11 ein. Es sollte bemerkt werden, dass die dritte Phasenkontrollsignal-Quelle 134 zum Beispiel ein beliebiger Wellenform-Generator ist. Der variable optische Abschwächer 11 empfängt den Laserlichtpuls vom optischen Koppler 14, verändert basierend auf dem Phasenkontrollsignal einen Grad der Abschwächung der Lichtintensität des Laserlichtpulses (Grad der Abschwächung ist variabel) und speist den abgeschwächten Laserlichtpuls in die Photodiode 16 ein. Demnach ändert sich die Spannung des elektrischen Messsignals ebenfalls.
Dritte Ausführungsform
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß einer dritten Ausführungsform wird erhalten durch Ändern von einer der Eingaben in die Referenz-Vergleichseinheit 22 des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
7 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 zeigt eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Referenz-Vergleichseinheit 22 (8(a)), eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung der Mess-Vergleichseinheit 15 (vor einer Phasenfluktuation) (8(b)) und eine Wellenform einer ausgegebenen Spannung des Verstärkers 18 (nach einer Phasenfluktuation) (8 (c)) gemäß der dritten Ausführungsform.
Das Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls 1 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst den Laser 12, eine vierte Phasenkontrollsignal-Quelle 136, den optischen Koppler 14, die Mess-Vergleichseinheit 15, die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16, das Tiefpassfilter 17, den Verstärker 18, die Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal, die Referenz-Vergleichseinheit 22, die Phasen-Vergleichseinheit (Phasendifferenzdetektor) 32, das Schleifenfilter 34 und die Piezoansteuerung 36. Im folgenden Abschnitt werden dieselben Komponenten durch dieselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet und werden nicht mit weiteren Details beschrieben werden.
Der Laser 12, das Piezoelement 12p, der optische Koppler 14, die Photodiode (photoelektrische Umwandlungseinheit) 16, das Tiefpassfilter 17, der Verstärker 18, die Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal, die Phasen-Vergleichseinheit (Phasendifferenzdetektor) 32, das Schleifenfilter 34 und die Piezoansteuerung 36 sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform und deswegen wird eine Beschreibung derselben ausgelassen.
Die vierte Phasenkontrollsignal-Quelle 136 gibt das Phasenkontrollsignal aus. Die Spannung des Phasenkontrollsignals ist verschieden von der vorherbestimmten Spannung (elektrisches Erdungspotential). Zum Beispiel bezugnehmend auf eine Nachbarschaft einer Zeit t1 + Δt in 8 (a) ist die Spannung des Phasenkontrollsignals verschieden von dem elektrischen Erdungspotential 0 [V]. Es sollte bemerkt werden, dass die vierte Phasenkontrollsignal-Quelle 136 zum Beispiel ein beliebiger Wellenform-Generator ist. Zum Beispiel kann das Phasenkontrollsignal die Spannung ΔV zur Zeit t1 + Δt haben und eine Spannung 2 ΔV zu einer Zeit t1 + 2ΔV,... indem bewirkt wird, dass der beliebige Wellenform-Generator das Phasenkontrollsignal erzeugt. Darüber hinaus kann, obwohl ΔV > 0 in 8 (a) gilt, ΔV< 0 gelten. In diesem Fall gilt Δt < o.
Die Referenz-Vergleichseinheit 22 vergleicht die Spannung des elektrischen Referenzsignals und die Spannung des Phasenkontrollsignals miteinander, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Bezugnehmend auf 7 ist einer der beiden Eingangsanschlüsse der Referenz-Vergleichseinheit 22 mit dem Output aus der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal verbunden und der andere ist verbunden mit dem Output aus der vierten Phasenkontrollsignal-Quelle 136. Der Signaloutput aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 wird bestimmt gemäß der Größe der Spannung, die in beide Eingangsanschlüsse der Referenz-Vergleichseinheit 22 eingeben wird.
Zum Beispiel bezugnehmend auf die Nachbarschaft der Zeit t1 + Δt in 8 (a) ist, wenn die Spannung des Outputs aus der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal größer als die Spannung ΔV des Outputs aus der vierten Phasenkontrollsignal-Quelle 136 ist, die Spannung des Signals, das von der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegeben wird, ein vorherbestimmter positiver Wert. Wenn die Spannung des Outputs aus der Quelle 21 für das elektrische Referenzsignal kleiner oder gleich der Spannung ΔV des Outputs aus der vierten Phasenkontrollsignal-Quelle 136 ist, ist die Spannung des von der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegebenen Signals 0 [V].
Die Mess-Vergleichseinheit 15 vergleicht die Spannung des elektrischen Messsignals und eine vorherbestimmte Spannung miteinander, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird. Es sollte bemerkt werden, dass die vorherbestimmte Spannung zum Beispiel das elektrische Erdungspotential ist. Mit anderen Worten vergleicht die Mess-Vergleichseinheit 15 die Output-Spannung des Verstärkers 18 und das elektrische Erdungspotential (= o [V]) miteinander, wodurch ein Resultat davon ausgegeben wird.
Bezugnehmend auf 8 (b), wenn zum Beispiel die Spannung des Outputs aus dem Verstärker 18 größer als das elektrische Erdungspotential (= 0 [V]) ist, ist die Spannung, die von der Mess-Vergleichseinheit ausgegeben wird, ein vorherbestimmter positiver Wert. Wenn die Spannung des Outputs aus dem Verstärker 18 kleiner oder gleich dem elektrischen Erdungspotential (= 0 [V]) ist, ist die Spannung des Signals, das von der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, 0 [V].
Eine Beschreibung eines Betriebs der dritten Ausführungsform wird nun gegeben.
Bezugnehmend auf 8 (a) wird das elektrische Referenzsignal, das eine vorherbestimmte Frequenz (zum Beispiel 50 MHz) hat, von der Quelle 21 des elektrischen Referenzsignals ausgegeben. Dabei wird angenommen, dass ein Eingangsanschluss der Referenz-Vergleichseinheit 22 nicht mit dem Output aus der vierten Phasenkontrollsignal-Quelle 136 verbunden ist, sondern vor der Zeit t1 + Δt geerdet ist (siehe den auf die Referenz-Vergleichseinheit 22 gerichteten gepunkteten Pfeil in 7). Es sollte bemerkt werden, dass der andere Eingangsanschluss der Referenz-Vergleichseinheit 22 mit der Quelle 21 des elektrischen Referenzsignals verbunden ist.
Dabei ist der Betrieb des Phasenkontrollgeräts für einen Laserlichtpuls 1 ähnlich zu dem eines gewöhnlichen PLL-Schaltkreises. Mit anderen Worten ist die Wiederholfrequenz des Laserlichtpulses 50 MHz (siehe den Output aus dem Verstärker 18 in 8 (b)). Der gewöhnliche Betrieb des PLL-Schaltkreises ist wie in der ersten Ausführungsform beschrieben und deshalb kann eine Beschreibung desselben ausgelassen werden.
Es sollte bemerkt werden, dass die Frequenz des Outputs aus dem Verstärker 18 gleich 50 MHz ist. Darüber hinaus wird ein Ergebnis des Vergleichs zwischen der Spannung des Outputs aus dem Verstärker 18 und dem elektrischen Erdungspotential (= o [V]) von der Mess-Vergleichseinheit 15 unter Bezugnahme auf 8 (b) ausgegeben. Deshalb wird der Puls, der eine Wiederholfrequenz von 50 MHz hat, aus der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben. Dabei wird angenommen, dass die Anstiegszeit eines bestimmten Pules, der aus der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, gleich t1 ist.
Weiterhin wird mit Bezugnahme auf 8 (a) angenommen, dass in der Nachbarschaft der Zeit t1 + Δt ein Eingangsanschluss der Referenz-Vergleichseinheit 22 nicht länger geerdet ist und dass das Phasenkontrollsignal (mit der Spannung ΔV (> o [V])), das aus der vierten Phasenkontrollsignal-Quelle 136 ausgegeben wird, in den einen Eingangsanschluss der Referenz-Vergleichseinheit 22 eingespeist wird. Dann ist die Anstiegszeit des Pulses, der aus der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegeben wird, gleich t1 + Δt. Deswegen wird ein Unterschied zwischen der Anstiegszeit t1 des Pulses, welcher von der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, und der Anstiegszeit t1 + Δt des Pulses, welcher von der Referenz-Vergleichseinheit 22 ausgegeben wird, erzeugt.
Eine Kontrolle wird bereitgestellt, sodass die Phasendifferenz, die durch die Phasenvergleichseinheit 32 detektiert wird, in diesem Fall ebenfalls o Grad ist. Mit anderen Worten wird die ausgegebene Wellenform des Verstärkers 18 kontrolliert, damit sie um Δt nach rechts verschoben ist, sodass der Puls, der von der Mess-Vergleichseinheit 15 ausgegeben wird, um Δt nach rechts verschoben ist.
8 (c) zeigt die Output-Wellenform des Verstärkers 18, wenn die Output-Wellenform des Verstärkers 18 um Δt nach rechts verschoben wird. Die erste Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18, die durch eine gepunktete Linie dargestellt wird, zeigt, dass bei einer Zeit, die der gepunkteten Linie entspricht, die Output-Wellenform des Verstärkers 18 nicht vollständig verschoben worden ist. Mit anderen Worten ist die gepunktete Linie der ersten Viertelperiode des Outputs aus dem Verstärker 18 eine Wellenform, die erhalten wird durch Ausdehnen - auf die Zeit t1 + Δt - einer Wellenform bei einer Zeit, wenn die Output-Wellenform des Verstärkers 18 vollständig um Δt nach rechts verschoben worden ist.
Bezugnehmend auf 8 (b) und 8 (c) wird erkannt, dass in einer Periode von ungefähr T/4 die Phase der Output-Wellenform des Verstärkers 18 um Δt/T verschoben wird (es sollte bemerkt werden, dass T die Periode der Output-Wellenform des Verstärkers 18 bezeichnet). Deswegen wird erkannt, dass die Phase des Laserlichtpulses sich in einer Periode von ungefähr T/4 um Δt/T verschiebt.
Gemäß der dritten Ausführungsform ist es möglich, die Phase des Laserlichtpulses, der von dem Laser 12 ausgegeben wird, zu kontrollieren, ohne von einem Detektionsergebnis einer Phasendifferenz zwischen Lichtpulsen, die aus zwei Lasern ausgegeben werden, abhängig zu sein.

Claims

Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1), umfassend: einen Laser (12), der einen Laserlichtpuls ausgibt; eine Referenz-Vergleichseinheit (22), die eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, und eine vorherbestimmte Spannung miteinander vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; eine Mess-Vergleichseinheit (15), die eine Spannung, welche auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz hat, mit einer Spannung eines Phasenkontrollsignals vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; einen Phasendifferenzdetektor (32), der eine Phasendifferenz zwischen dem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit (22) und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit (15) detektiert; und ein Schleifenfilter (34), das eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor (32) entfernt, wobei: die Spannung (ΔV) des Phasenkontrollsignals verschieden von der vorherbestimmten Spannung ist und der Laser (12) die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter verändert (34).
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 1, wobei die vorherbestimmte Spannung ein elektrisches Erdungspotential ist.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 1, wobei eine Resonatorlänge des Lasers (12) sich gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter (34) verändert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 3, wobei: der Laser (12) ein Piezoelement (12p) umfasst, der Output aus dem Schleifenfilter (34) in das Piezoelement (12p) eingespeist wird, und die Resonatorlänge des Lasers (12) durch Ausdehnung und Kontraktion des Piezoelements (12p) verändert wird.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 1, umfassend: eine photoelektrische Umwandlungseinheit (16), die den Laserlichtpuls empfängt; und ein Tiefpassfilter (17), das eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der photoelektrischen Umwandlungseinheit (16) entfernt, wobei das elektrische Messsignal auf dem Output aus dem Tiefpassfilter (17) basiert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 1, wobei das Phasenkontrollsignal aus einem beliebigen Wellenform-Generator ausgegeben wird.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 1, weiterhin umfassend: einen Referenzlaser (23), der einen Referenz-Laserlichtpuls ausgibt; eine photoelektrische Referenz-Umwandlungseinheit (26), die den Referenz-Laserlichtpuls empfängt; und ein Referenz-Tiefpassfilter (27), das eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der photoelektrischen Referenz-Umwandlungseinheit (26) entfernt, wobei das elektrische Referenzsignal auf dem Output aus dem Referenz-Tiefpassfilter (27) basiert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1), umfassend: einen Laser (12), der einen Laserlichtpuls ausgibt; eine Referenz-Vergleichseinheit (22), die eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, und eine vorherbestimmte Spannung miteinander vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; eine Mess-Vergleichseinheit (15), die eine Spannung, die auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, mit der vorherbestimmten Spannung vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; einen Phasendifferenzdetektor (32), der eine Phasendifferenz zwischen dem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit (22) und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit (15) detektiert; ein Schleifenfilter (34), das eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor (32) entfernt, wobei: sich die Spannung des elektrischen Messsignals verändert, und der Laser (12) die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter (34) verändert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 8, wobei sich die Spannung des elektrischen Messsignals durch das Ändern einer Leistung des Anregungslichts, welches den Laser (12) anregt, verändert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 8, wobei: sich die Spannung des elektrischen Messsignals durch Abschwächen des Laserlichtpulses verändert, und der Grad der Abschwächung variabel ist.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß irgendeinem der Patentansprüche 8-10, wobei die vorherbestimmte Spannung ein elektrisches Erdungspotential ist.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß irgendeinem der Patentansprüche 8-10, wobei eine Resonatorlänge des Lasers (12) sich gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter (34) verändert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 12, wobei: der Laser (12) ein Piezoelement (12p) umfasst, der Output aus dem Schleifenfilter (34) in das Piezoelement (12p) eingespeist wird, und die Resonatorlänge des Lasers (12) durch Ausdehnung und Kontraktion des Piezoelements (12p) verändert wird.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß irgendeinem der Patentansprüche 8-10, umfassend: eine photoelektrische Umwandlungseinheit (16), die den Laserlichtpuls empfängt; und ein Tiefpassfilter (17), das eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der photoelektrischen Umwandlungseinheit (16) entfernt, wobei das elektrische Messsignal auf dem Output aus dem Tiefpassfilter (17) basiert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß irgendeinem der Patentansprüche 8-10, wobei: sich die Spannung des elektrischen Messsignals basierend auf einem Phasenkontrollsignal ändert, und das Phasenkontrollsignal von einem beliebigen Wellenform-Generator ausgegeben wird.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1), umfassend: einen Laser (12), der einen Laserlichtpuls ausgibt; eine Referenz-Vergleichseinheit (22), die eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, und eine Spannung eines Phasenkontrollsignals miteinander vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; eine Mess-Vergleichseinheit (15), die eine Spannung, die auf einer Lichtintensität des Laserlichtpulses basiert, und eine Spannung eines elektrischen Messsignals, welches eine vorherbestimmte Frequenz besitzt, mit einer vorherbestimmten Spannung vergleicht, wodurch ein Ergebnis davon ausgegeben wird; einen Phasendifferenzdetektor (32), der eine Phasendifferenz zwischen einem Output aus der Referenz-Vergleichseinheit (22) und dem Output aus der Mess-Vergleichseinheit (15) detektiert; ein Schleifenfilter (34), das eine hochfrequente Komponente eines Outputs aus dem Phasendifferenzdetektor (32) entfernt, wobei: die Spannung (ΔV) des Phasenkontrollsignals verschieden von der vorherbestimmten Spannung ist; und der Laser (12) die Phase des Laserlichtpulses gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter (34) verändert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 16, wobei die vorherbestimmte Spannung ein elektrisches Erdungspotential ist.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 16, wobei eine Resonatorlänge des Lasers (12) sich gemäß dem Output aus dem Schleifenfilter (34) verändert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 18, wobei: der Laser (12) ein Piezoelement (12p) umfasst; der Output aus dem Schleifenfilter (34) in das Piezoelement (12p) eingespeist wird; und die Resonatorlänge des Lasers (12) sich durch Ausdehnung und Kontraktion des Piezoelements (12p) verändert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 16, umfassend: eine photoelektrische Umwandlungseinheit (16), die den Laserlichtpuls empfängt; und ein Tiefpassfilter (17), das eine hochfrequente Komponente des Outputs aus der photoelektrischen Umwandlungseinheit (16) entfernt, wobei das elektrische Messsignal auf dem Output aus dem Tiefpassfilter (17) basiert.
Phasenkontrollgerät für einen Laserlichtpuls (1) gemäß Patentanspruch 16, wobei das Phasenkontrollsignal aus einem beliebigen Wellenform-Generator ausgegeben wird.