JP5504013B2 - Laser light source calibration device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光源の校正装置に関する。 The present invention relates to a laser light source calibration apparatus.
従来、校正の基準となるレーザ光を出射する基準レーザ光源と、校正の対象となるレーザ光を出射する対象レーザ光源と、基準レーザ光源、及び対象レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸を一致させて出力する光学系と、光学系から出力されるレーザ光を電気信号に変換して周波数を測定する周波数カウンタとを備え、周波数カウンタによる測定結果、すなわち基準レーザ光源、及び対象レーザ光源の周波数の差(ビート周波数)に基づいて、対象レーザ光源の周波数を校正するレーザ光源の校正装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載のレーザ装置(レーザ光源)の校正方法では、基準レーザ(基準レーザ光源)と、校正対象レーザ(対象レーザ光源)と、2つのミラー(光学系)と、周波数カウンタとしてのディテクタ、及びカウンタとを備え、校正対象レーザの周波数を校正している。
Conventionally, a reference laser light source that emits a laser beam that is a reference for calibration, a target laser light source that emits a laser beam that is a calibration target, a reference laser light source, and an optical axis of the laser light emitted from the target laser light source An optical system that outputs the same and a frequency counter that measures the frequency by converting the laser light output from the optical system into an electrical signal, and the measurement result by the frequency counter, that is, the reference laser light source and the target laser light source A laser light source calibration device that calibrates the frequency of a target laser light source based on a frequency difference (beat frequency) is known (see, for example, Patent Document 1).
In the calibration method of a laser device (laser light source) described in
図8は、従来のレーザ光源の校正装置100を示すブロック模式図である。
レーザ光源の校正装置100は、図8に示すように、基準レーザ光源110と、対象レーザ光源120と、光学系130と、周波数カウンタ140とを備え、対象レーザ光源120の周波数を校正するものである。
光学系130は、基準レーザ光源110から出射されるレーザ光L1を反射させるミラー131と、レーザ光L1の一部を反射させるとともに、対象レーザ光源120から出射されるレーザ光L2の一部を透過させることによって、レーザ光L1,L2の光軸を一致させて出力するハーフミラー132とを備える。なお、図8では、レーザ光の光路を実線で示している。
FIG. 8 is a schematic block diagram showing a conventional laser light
As shown in FIG. 8, the laser light
The
周波数カウンタ140は、光学系130から出力されるレーザ光L3(以下、ビート信号とする)を電気信号に変換する変換部141と、ビート信号の周波数(ビート周波数)を測定するカウンタ部142とを備える。
カウンタ部142は、入力されるゲート信号(図8中矢印G)に応じたゲート時間内におけるビート信号のパルス数をカウントすることでビート周波数を測定する。
したがって、レーザ光L1の中心周波数が既知であれば、周波数カウンタ140にて測定されるビート周波数に基づいて、レーザ光L2の中心周波数を校正することができる。
The
The
Therefore, if the center frequency of the laser beam L1 is known, the center frequency of the laser beam L2 can be calibrated based on the beat frequency measured by the
具体的に、周波数カウンタ140は、ビート周波数を繰り返し測定し、校正装置100は、レーザ光L1の中心周波数と、周波数カウンタ140による測定結果の平均値とに基づいて、レーザ光L2の中心周波数を算出することで対象レーザ光源120の周波数を校正する。また、校正装置100は、周波数カウンタ140による測定結果のばらつきに基づいて、レーザ光L2の周波数安定度を評価する。
ここで、基準レーザ光源110には、周波数安定度の高いレーザ光源を用いる必要があるので、例えば、所定の中心周波数を有するレーザ光を所定の変調信号で変調して出射するヨウ素安定化レーザ光源が用いられている。
Specifically, the
Here, since it is necessary to use a laser light source with high frequency stability as the reference
図9は、基準レーザ光源110から出射されるレーザ光L1、及び基準レーザ光源110の変調信号M1を示すグラフである。なお、図9(A)は、レーザ光L1の中心周波数を示すグラフであり、図9(B)は、変調信号M1を示すグラフであり、図9(C)は、変調信号M1が重畳されたレーザ光L1を示すグラフである。また、図9では、縦軸をレーザ光L1の大きさ、または変調信号M1の変調幅とし、横軸を時間としている。
ヨウ素安定化レーザ光源で構成される基準レーザ光源110は、図9に示すように、変調信号M1にてレーザ光を変調することでヨウ素の飽和吸収線を検出してレーザ光L1の中心周波数を安定化して出射しているので、レーザ光L1には変調信号M1が重畳されている(図9(C)参照)。なお、図9では、レーザ光L1の中心周波数をf1とし、変調信号M1の変調幅をMw1とし、変調信号M1の変調周波数をMf1としている。
FIG. 9 is a graph showing the laser light L1 emitted from the reference
As shown in FIG. 9, the reference
このようなレーザ光源の校正装置100において、対象レーザ光源120を基準レーザ光源110と同様にヨウ素安定化レーザ光源とすると、ビート周波数は一定とならない場合があり、この場合には、対象レーザ光源120の周波数を適切に校正することができないという問題がある。
In such a laser light
図10は、基準レーザ光源110、及び対象レーザ光源120の変調信号の変調幅、変調周波数、及び位相が一致している状態の変調信号、及びビート信号を示す図である。図11は、基準レーザ光源110、及び対象レーザ光源120の変調信号の変調幅、変調周波数、及び位相が一致していない状態の変調信号、及びビート信号を示す図である。なお、図10(A)、及び図11(A)は、変調信号を示す図であり、図10(B)、及び図11(B)は、ビート信号を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a modulation signal and a beat signal in a state where the modulation width, the modulation frequency, and the phase of the modulation signals of the reference
また、図10、及び図11は、紙面左右方向の軸を変調信号の変調幅とし、紙面奥行き方向の軸を時間とした上図と、紙面左右方向の軸を周波数とし、紙面上下方向の軸をゲインとした下図とで構成されている。
さらに、図10、及び図11では、レーザ光L1の中心周波数をf1とし、レーザ光L2の中心周波数をf2とし、変調信号M1を以下の式(1)とし、変調信号M2を以下の式(2)としている。
FIGS. 10 and 11 are an upper diagram in which the axis in the horizontal direction of the paper is the modulation width of the modulation signal, the axis in the depth direction of the paper is time, and the axis in the horizontal direction of the paper is the frequency. The figure below is a gain.
10 and 11, the center frequency of the laser beam L1 is f1, the center frequency of the laser beam L2 is f2, the modulation signal M1 is represented by the following equation (1), and the modulation signal M2 is represented by the following equation ( 2).
M1=Mw1・sin(2πMf1+Mθ1) ・・・・・(1)
M2=Mw2・sin(2πMf2+Mθ2) ・・・・・(2)
M1 = Mw1 · sin (2πMf1 + Mθ1) (1)
M2 = Mw2 · sin (2πMf2 + Mθ2) (2)
具体的に、変調信号M1,M2の変調幅Mw1,Mw2、変調周波数Mf1,Mf2、及び位相Mθ1,Mθ2が一致している状態では、図10(B)に示すように、ビート周波数は一定となるので、対象レーザ光源120の周波数を適切に校正することができる。なお、図10、及び図11では、位相Mθ1,Mθ2の図示を省略している。
しかしながら、変調信号M1,M2の変調幅Mw1,Mw2、変調周波数Mf1,Mf2、及び位相Mθ1,Mθ2が一致していない状態では、図11(B)に示すように、ビート周波数は変動して一定とならないので、周波数カウンタ140による測定結果にばらつきが生じ、対象レーザ光源120の周波数を適切に校正することができないという問題がある。
Specifically, when the modulation widths Mw1 and Mw2, the modulation frequencies Mf1 and Mf2, and the phases Mθ1 and Mθ2 of the modulation signals M1 and M2 match, the beat frequency is constant as shown in FIG. Therefore, the frequency of the target
However, when the modulation widths Mw1 and Mw2 of the modulation signals M1 and M2, the modulation frequencies Mf1 and Mf2, and the phases Mθ1 and Mθ2 do not match, the beat frequency varies and is constant as shown in FIG. Therefore, there is a problem that the measurement result by the
これに対して、特許文献1に記載のレーザ装置の校正方法では、基準レーザ、及び校正対象レーザの変調信号を同期させることでカウンタによる測定結果のばらつきを抑制している。
また、他の方法として、周波数カウンタ140のゲート時間を十分に長くすることで周波数カウンタ140による測定結果のばらつきを抑制することが考えられる。
On the other hand, in the calibration method of the laser device described in
As another method, it is conceivable to suppress variation in measurement results by the
しかしながら、特許文献1に記載のレーザ装置の校正方法では、基準レーザの変調信号を校正対象レーザの変調信号として用いることによって、基準レーザ、及び校正対象レーザの変調信号を同期させるので、例えば、基準レーザ、及び校正対象レーザの個体差による影響で校正対象レーザの変調信号が最適とならない場合がある。そして、このような場合には、校正対象レーザは、十分な性能を発揮することができなくなるので、校正対象レーザの周波数を適切に校正することができないという問題がある。また、特許文献1に記載のレーザ装置の校正方法では、基準レーザ、及び校正対象レーザの変調信号を同期させるために校正装置の構成が複雑化するという問題がある。
However, in the laser device calibration method described in
さらに、周波数カウンタ140のゲート時間を十分に長くする方法では、周波数カウンタ140は、長時間の測定を行うこととなるので、例えば、温度の変化による影響などの他の要因によって、測定結果にばらつきを生じる場合があり、このような場合には、対象レーザ光源120の周波数を、適切に校正することができないという問題がある。
Further, in the method of sufficiently increasing the gate time of the
本発明の目的は、校正の対象となるレーザ光を出射する対象レーザ光源の周波数を適切に校正することができるレーザ光源の校正装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a laser light source calibration apparatus capable of appropriately calibrating the frequency of a target laser light source that emits laser light to be calibrated.
本発明のレーザ光源の校正装置は、校正の基準となるレーザ光を出射する基準レーザ光源と、校正の対象となるレーザ光を出射する対象レーザ光源と、前記基準レーザ光源、及び前記対象レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸を一致させて出力する光学系と、前記光学系から出力されるレーザ光を電気信号に変換する変換部及び当該変換部からの電気信号に基づいて周波数を測定するカウンタ部で構成される周波数カウンタとを備え、前記周波数カウンタによる測定結果に基づいて、前記対象レーザ光源の周波数を校正するレーザ光源の校正装置であって、前記基準レーザ光源、及び前記対象レーザ光源は、所定の中心周波数を有するレーザ光を所定の変調信号で変調して出射し、前記基準レーザ光源における変調信号の変調周波数と、前記対象レーザ光源における変調信号の変調周波数との差に相当する周期を検出する周期検出部と、前記周期検出部にて検出される周期に同期する前記周波数カウンタのゲート信号を生成する信号生成部とを備え、前記周期検出部は、前記基準レーザ光源から出射されるレーザ光の中心周波数と、前記対象レーザ光源から出射されるレーザ光の中心周波数との差に相当する周波数の搬送波信号に基づいて、前記変換部からの電気信号を周波数変調方式で復調するFM復調器と、前記基準レーザ光源における変調信号の変調周波数と、前記対象レーザ光源における変調信号の変調周波数とのうち、いずれか高いほうの周波数の搬送波信号に基づいて、前記FM復調器にて復調される復調信号を振幅変調方式で復調するAM復調器とを備え、前記信号生成部は、前記AM復調器にて復調される復調信号に基づいて、前記周波数カウンタのゲート信号を生成することを特徴とする。 The laser light source calibration apparatus according to the present invention includes a reference laser light source that emits a laser beam that is a calibration reference, a target laser light source that emits a laser light that is a calibration target, the reference laser light source, and the target laser light source. An optical system that outputs the laser light emitted from the optical system with the same optical axis, a conversion unit that converts the laser light output from the optical system into an electrical signal, and a frequency that is measured based on the electrical signal from the conversion unit and a frequency counter consists of counter unit which, based on a measurement result by the frequency counter, a calibration device for a laser light source for calibrating the frequency of the target laser light source, the reference laser light source, and the target laser The light source modulates and emits laser light having a predetermined center frequency with a predetermined modulation signal, and the modulation frequency of the modulation signal in the reference laser light source, A period detection unit for detecting a period corresponding to a difference between the modulation frequency of the modulation signal in the target laser light source and a signal generation unit for generating a gate signal of the frequency counter synchronized with the period detected by the period detection unit And the period detection unit is based on a carrier wave signal having a frequency corresponding to a difference between a center frequency of the laser light emitted from the reference laser light source and a center frequency of the laser light emitted from the target laser light source. An FM demodulator that demodulates the electrical signal from the converter by a frequency modulation method, a modulation frequency of the modulation signal in the reference laser light source, and a modulation frequency of the modulation signal in the target laser light source, whichever is higher An AM demodulator that demodulates a demodulated signal demodulated by the FM demodulator using an amplitude modulation method based on a carrier signal having a higher frequency, No. generation unit, based on the demodulated signal demodulated by the AM demodulator, characterized that you generate a gate signal of the frequency counter.
ここで、基準レーザ光源、及び対象レーザ光源は、所定の中心周波数を有するレーザ光を所定の変調信号で変調して出射するので、ビート周波数は、基準レーザ光源における変調信号の変調周波数と、対象レーザ光源における変調信号の変調周波数との差に相当する周期で変動する。したがって、この周期に同期する周波数カウンタのゲート信号を生成することにより、ビート周波数の変動に同期してビート周波数を測定することができる。
本発明によれば、校正装置は、周期検出部と、信号生成部とを備えるので、基準レーザ光源の変調信号を対象レーザ光源の変調信号として用いることなく、簡素な構成で対象レーザ光源の周波数を適切に校正することができる。また、ゲート信号は、周期検出部にて検出される周期、すなわち基準レーザ光源における変調信号の変調周波数と、対象レーザ光源における変調信号の変調周波数との差に相当する周期に同期しているので、校正装置は、ビート周波数の変動に同期してビート周波数を測定することができる。したがって、校正装置は、周波数カウンタによる測定結果のばらつきを抑制することができるとともに、前述の周波数カウンタのゲート時間を十分に長くする方法と比較して適切なゲート時間を設定することができる。
Here, since the reference laser light source and the target laser light source modulate and emit laser light having a predetermined center frequency with a predetermined modulation signal, the beat frequency corresponds to the modulation frequency of the modulation signal in the reference laser light source and the target It fluctuates at a period corresponding to the difference from the modulation frequency of the modulation signal in the laser light source. Therefore, the beat frequency can be measured in synchronization with the fluctuation of the beat frequency by generating the gate signal of the frequency counter synchronized with this cycle.
According to the present invention, since the calibration apparatus includes the period detection unit and the signal generation unit, the frequency of the target laser light source can be obtained with a simple configuration without using the modulation signal of the reference laser light source as the modulation signal of the target laser light source. Can be calibrated appropriately. The gate signal is synchronized with the period detected by the period detection unit, that is, the period corresponding to the difference between the modulation frequency of the modulation signal in the reference laser light source and the modulation frequency of the modulation signal in the target laser light source. The calibration device can measure the beat frequency in synchronization with the fluctuation of the beat frequency. Therefore, the calibration apparatus can suppress variation in the measurement result by the frequency counter, and can set an appropriate gate time as compared with the above-described method of sufficiently increasing the gate time of the frequency counter.
また、本発明によれば、周期検出部は、FM(Frequency Modulation)復調器と、AM(Amplitude Modulation)復調器とを備え、信号生成部は、AM復調器にて復調される復調信号に基づいて、周波数カウンタのゲート信号を生成するので、校正装置は、基準レーザ光源における変調信号、及び対象レーザ光源における変調信号を用いることなく、対象レーザ光源の周波数を適切に校正することができる。したがって、校正装置は、対象レーザ光源における変調信号が未知の場合であっても対象レーザ光源の周波数を適切に校正することができる。 Further , according to the present invention, the period detection unit includes an FM (Frequency Modulation) demodulator and an AM (Amplitude Modulation) demodulator, and the signal generation unit is based on the demodulated signal demodulated by the AM demodulator. Thus, since the gate signal of the frequency counter is generated, the calibration device can appropriately calibrate the frequency of the target laser light source without using the modulation signal in the reference laser light source and the modulation signal in the target laser light source. Therefore, the calibration apparatus can appropriately calibrate the frequency of the target laser light source even when the modulation signal in the target laser light source is unknown.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ光源の校正装置1を示すブロック模式図である。
レーザ光源の校正装置1は、図1に示すように、校正の基準となるレーザ光を出射する基準レーザ光源2と、校正の対象となるレーザ光を出射する対象レーザ光源3と、基準レーザ光源2、及び対象レーザ光源3から出射されるレーザ光の光軸を一致させて出力する光学系4と、光学系4から出力されるレーザ光を電気信号に変換して周波数を測定する周波数カウンタ5と、周波数カウンタ5のゲート信号を生成するゲート信号生成手段6とを備える。この校正装置1は、周波数カウンタ5による測定結果、すなわち基準レーザ光源2、及び対象レーザ光源3の周波数の差(ビート周波数)に基づいて、対象レーザ光源3の周波数を校正するものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a laser light
As shown in FIG. 1, a laser light
基準レーザ光源2、及び対象レーザ光源3は、所定の中心周波数を有するレーザ光を所定の変調信号で変調して出射するヨウ素安定化レーザ光源で構成されている。
光学系4は、基準レーザ光源2から出射されるレーザ光L1を反射させるミラー41と、レーザ光L1の一部を反射させるとともに、対象レーザ光源3から出射されるレーザ光L2の一部を透過させることによって、レーザ光L1,L2の光軸を一致させて出力するハーフミラー42とを備える。なお、図1では、レーザ光の光路を実線で示している。
周波数カウンタ5は、光学系4から出力されるレーザ光L3(ビート信号)を電気信号に変換する変換部51と、ビート信号の周波数(ビート周波数)を測定するカウンタ部52とを備える。
カウンタ部52は、ゲート信号生成手段6にて生成されるゲート信号に応じたゲート時間内におけるビート信号のパルス数をカウントすることでビート周波数を測定する。
The reference
The
The
The
図2は、ビート周波数の変動を示すグラフである。なお、図2では、縦軸をビート周波数の中心周波数からの変動とし、横軸を時間としている。ここで、ビート周波数の中心周波数は、レーザ光L1の中心周波数f1と、レーザ光L2の中心周波数f2との差(|f1−f2|)である。また、図2では、基準レーザ光源2の変調信号M1の変調幅Mw1を6.5MHzとし、変調周波数Mf1を1000Hzとし、対象レーザ光源3の変調信号M2の変調幅Mw2を7MHzとし、変調周波数Mf2を1005Hzとしてシミュレーションしている。
そして、図2(A)は、横軸を0〜0.45sとした図であり、図2(B)は、横軸を0〜0.02sとした図である。すなわち、図2(B)は、図2(A)の一部を拡大した図である。
ビート周波数は、図2(A)に示すように、0.2sの周期(1/|Mf1−Mf2|)の長い周期の変動を±0.5MHz(±|Mw1−Mw2|)〜±13.5MHz(±|Mw1+Mw2|)の範囲で繰り返している。
また、ビート周波数は、図2(B)に示すように、1/Mf2の周期の短い周期の変動を繰り返している。
FIG. 2 is a graph showing fluctuations in beat frequency. In FIG. 2, the vertical axis is the fluctuation of the beat frequency from the center frequency, and the horizontal axis is time. Here, the center frequency of the beat frequency is a difference (| f1-f2 |) between the center frequency f1 of the laser beam L1 and the center frequency f2 of the laser beam L2. In FIG. 2, the modulation width Mw1 of the modulation signal M1 of the reference
2A is a diagram in which the horizontal axis is 0 to 0.45 s, and FIG. 2B is a diagram in which the horizontal axis is 0 to 0.02 s. That is, FIG. 2B is an enlarged view of part of FIG.
As shown in FIG. 2A, the beat frequency is obtained by changing a long cycle fluctuation of 0.2 s (1 / | Mf1-Mf2 |) from ± 0.5 MHz (± | Mw1-Mw2 |) to ± 13. It is repeated in the range of 5 MHz (± | Mw1 + Mw2 |).
Further, as shown in FIG. 2B, the beat frequency repeats fluctuations with a short period of 1 / Mf2.
図3は、縦軸を強度とし、横軸を時間としてビート周波数の変動を示すグラフの一部を書き換えたグラフである。なお、図3(A)は、図2(A)の領域R1を書き換えたグラフであり、図3(B)は、図2(A)の領域R2を書き換えたグラフである。
領域R1では、ビート周波数は、図3(A)に示すように、中心周波数|f1−f2|に対して、±|Mw1−Mw2|の範囲で1/Mf2の周期の変動を繰り返している。また、領域R2では、ビート周波数は、図3(B)に示すように、中心周波数|f1−f2|に対して、±|Mw1+Mw2|の範囲で1/Mf2の周期の変動を繰り返している。
FIG. 3 is a graph obtained by rewriting a part of the graph showing the beat frequency variation with the vertical axis representing intensity and the horizontal axis representing time. 3A is a graph in which the region R1 in FIG. 2A is rewritten, and FIG. 3B is a graph in which the region R2 in FIG. 2A is rewritten.
In the region R1, as shown in FIG. 3A, the beat frequency repeats the fluctuation of the cycle of 1 / Mf2 in the range of ± | Mw1-Mw2 | with respect to the center frequency | f1-f2 |. In the region R2, as shown in FIG. 3B, the beat frequency repeats a fluctuation of 1 / Mf2 in a range of ± | Mw1 + Mw2 | with respect to the center frequency | f1-f2 |.
ゲート信号生成手段6は、図1に示すように、基準レーザ光源2における変調信号M1の変調周波数Mf1と、対象レーザ光源3における変調信号M2の変調周波数Mf2との差に相当する周期を検出する周期検出部61と、周期検出部61にて検出される周期に同期する周波数カウンタ5のゲート信号を生成する信号生成部62とを備える。
周期検出部61は、レーザ光L1の中心周波数f1と、レーザ光L2の中心周波数f2との差に相当する周波数の搬送波信号に基づいて、ビート信号に基づく電気信号を周波数変調方式で復調するFM復調器611と、基準レーザ光源2における変調信号M1の変調周波数Mf1と、対象レーザ光源3における変調信号M2の変調周波数Mf2のうち、いずれか高いほうの周波数の搬送波信号に基づいて、FM復調器611にて復調される復調信号を振幅変調方式で復調するAM復調器612とを備える。
As shown in FIG. 1, the gate signal generation means 6 detects a period corresponding to the difference between the modulation frequency Mf1 of the modulation signal M1 in the reference
The
図4は、ビート信号をFM復調器611にて復調している状態を示すグラフである。なお、図4(A)は、ビート周波数の変動であり、図4(B)は、搬送波信号であり、図4(C)は、FM復調器611にて復調される復調信号である。
ビート周波数の変動(図4(A)参照)は、前述したように、周波数(|f1−f2|)の信号(図4(B)参照)を1/|Mf1−Mf2|の長い周期と、1/Mf2の短い周期とを有し、±|Mw1−Mw2|〜±|Mw1+Mw2|の範囲で変動する信号(図4(C)参照)で周波数変調したものと考えることができる。言い換えれば、レーザ光L1の中心周波数f1と、レーザ光L2の中心周波数f2との差に相当する周波数の搬送波信号(図4(B)参照)に基づいて、ビート信号に基づく電気信号を周波数変調方式で復調することによって、ビート周波数の大きな変動の周期と同一の周期(1/|Mf1−Mf2|)を有する信号(図4(C)参照)を復調することができる。
FIG. 4 is a graph showing a state where the beat signal is demodulated by the
As described above, the fluctuation of the beat frequency (see FIG. 4A) is obtained by changing the signal of frequency (| f1-f2 |) (see FIG. 4B) to a long cycle of 1 / | Mf1-Mf2 | It can be considered that the signal is frequency-modulated with a signal (see FIG. 4C) that has a short period of 1 / Mf2 and fluctuates in a range of ± | Mw1-Mw2 | to ± | Mw1 + Mw2 |. In other words, the electric signal based on the beat signal is frequency-modulated based on a carrier wave signal having a frequency corresponding to the difference between the center frequency f1 of the laser beam L1 and the center frequency f2 of the laser beam L2 (see FIG. 4B). By demodulating using the method, it is possible to demodulate a signal (see FIG. 4C) having the same period (1 / | Mf1-Mf2 |) as the period of large fluctuation of the beat frequency.
図5は、FM復調器611にて復調される復調信号をAM復調器612にて復調している状態を示すグラフである。なお、図5(A)は、FM復調器611にて復調される復調信号であり、図5(B)は、搬送波信号であり、図5(C)は、AM復調器612にて復調される復調信号である。
FM復調器611にて復調される復調信号(図5(A)参照)は、振幅A1〜A2の範囲で1/Mf2の周期の変動を繰り返している。したがって、変調周波数Mf2と同一の周波数で振幅A1の信号(図5(B)参照)、すなわち変調周波数Mf1と、変調周波数Mf2のうち、いずれか高いほうの周波数の信号を所定の変調信号(図5(C)参照)で振幅変調したものと考えることができる。言い換えれば、変調周波数Mf2と同一の周波数で振幅A1の搬送波信号(図5(B)参照)に基づいて、FM復調器611にて復調される復調信号を振幅変調方式で復調することによって、ビート周波数の大きな変動の周期と同一の周期(1/|Mf1−Mf2|)を有し、振幅をA2とする信号(図5(C)参照)を復調することができる。なお、振幅A1,A2は、以下の式(3),(4)で表すことができる。
FIG. 5 is a graph showing a state in which the demodulated signal demodulated by the
The demodulated signal demodulated by the FM demodulator 611 (see FIG. 5A) repeats a fluctuation of a period of 1 / Mf2 in the range of amplitudes A1 to A2. Therefore, a signal having the same frequency as the modulation frequency Mf2 and an amplitude A1 (see FIG. 5B), that is, a signal having a higher frequency of the modulation frequency Mf1 and the modulation frequency Mf2 is a predetermined modulation signal (see FIG. 5). 5 (see (C)). In other words, the demodulated signal demodulated by the
A1=(|Mw1+Mw2|+|Mw1−Mw2|)/2・・・・・(3)
A2=(|Mw1+Mw2|−|Mw1−Mw2|)/2・・・・・(4)
A1 = (| Mw1 + Mw2 | + | Mw1-Mw2 |) / 2 (3)
A2 = (| Mw1 + Mw2 |-| Mw1-Mw2 |) / 2 (4)
信号生成部62は、AM復調器612にて復調される復調信号に基づいて、周波数カウンタ5のゲート信号を生成する。具体的に、信号生成部62は、AM復調器612にて復調される復調信号をコンパレータ(図示略)にて方形波の信号とし、この方形波の信号を分周器(図示略)にて2分周することで周波数カウンタ5のゲート信号を生成する。
The
図6は、信号生成部62にて生成される周波数カウンタ5のゲート信号を示すグラフである。なお、図6では、縦軸を電圧とし、横軸を時間としている。また、図6(A)は、AM復調器612にて復調される復調信号であり、図6(B)は、コンパレータから出力される方形波の信号であり、図6(C)は、分周器から出力されるゲート信号である。
信号生成部62は、図6に示すように、AM復調器612にて復調される復調信号(図6(A)参照)の周期と同一の周期(1/|Mf1−Mf2|)のゲート信号(図6(C)参照)を生成する。すなわち、信号生成部62は、周期検出部61にて検出される周期に同期する周波数カウンタ5のゲート信号を生成する。
そして、周波数カウンタ5は、ビート周波数を繰り返し測定し、校正装置1は、レーザ光L1の中心周波数と、周波数カウンタ5による測定結果の平均値とに基づいて、レーザ光L2の中心周波数を算出することで対象レーザ光源3の周波数を校正する。また、校正装置1は、周波数カウンタ5による測定結果のばらつきに基づいて、レーザ光L2の周波数安定度を評価する。
FIG. 6 is a graph showing the gate signal of the
As shown in FIG. 6, the
Then, the
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
(1)校正装置1は、周期検出部61と、信号生成部62とを備えるので、基準レーザ光源2の変調信号を対象レーザ光源3の変調信号として用いることなく、簡素な構成で対象レーザ光源3の周波数を適切に校正することができる。また、ゲート信号は、周期検出部61にて検出される周期、すなわち基準レーザ光源2における変調信号の変調周波数と、対象レーザ光源3における変調信号の変調周波数との差に相当する周期に同期しているので、校正装置1は、ビート周波数の変動に同期してビート周波数を測定することができる。したがって、校正装置1は、周波数カウンタ5による測定結果のばらつきを抑制することができるとともに、前述の周波数カウンタのゲート時間を十分に長くする方法と比較して適切なゲート時間を設定することができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the
(2)周期検出部61は、FM復調器611と、AM復調器612とを備え、信号生成部62は、AM復調器612にて復調される復調信号に基づいて、周波数カウンタ5のゲート信号を生成するので、校正装置1は、基準レーザ光源2における変調信号M1、及び対象レーザ光源3における変調信号M2を用いることなく、対象レーザ光源3の周波数を適切に校正することができる。したがって、校正装置1は、対象レーザ光源3における変調信号M2が未知の場合であっても対象レーザ光源3の周波数を適切に校正することができる。
(2) The
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、周期検出部61は、FM復調器611と、AM復調器612とを備え、ビート信号に基づく電気信号を復調することで基準レーザ光源2における変調信号の変調周波数と、対象レーザ光源3における変調信号の変調周波数との差に相当する周期を検出していた。これに対して、例えば、基準レーザ光源、及び対象レーザ光源から変調信号を直接的に取得して各変調信号の変調周波数の差に相当する周期を検出してもよい。要するに、周期検出部は、基準レーザ光源における変調信号の変調周波数と、対象レーザ光源における変調信号の変調周波数との差に相当する周期を検出することができればよい。
[Modification of Embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the embodiment, the
前記実施形態では、信号生成部62は、AM復調器612にて復調される復調信号をコンパレータにて方形波の信号とし、この方形波の信号を分周器にて2分周することで周波数カウンタ5のゲート信号を生成していたが、他の構成によって周波数カウンタ5のゲート信号を生成してもよい。要するに、信号生成部は、周期検出部にて検出される周期に同期する周波数カウンタのゲート信号を生成すればよい。
In the embodiment, the
図7は、信号生成部にて生成される周波数カウンタのゲート信号の一例を示すグラフである。なお、図7では、縦軸を電圧とし、横軸を時間としている。また、図7(A)は、AM復調器にて復調される復調信号であり、図7(B)は、コンパレータから出力される方形波の信号であり、図7(C)は、任意の周期Tの信号であり、図7(D)は、ゲート信号である。
例えば、信号生成部は、図7に示すように、AM復調器にて復調される復調信号をコンパレータにて方形波の信号とし、この方形波の信号と、任意の周期Tの信号とに基づいて、AM復調器にて復調される復調信号の周期と同一の周期(1/|Mf1−Mf2|)でゲート時間をT/2とする周波数カウンタ5のゲート信号を生成してもよい。なお、このような信号生成部は、フリップフロップなどを用いて構成することができる。
FIG. 7 is a graph illustrating an example of the gate signal of the frequency counter generated by the signal generation unit. In FIG. 7, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. 7A is a demodulated signal demodulated by the AM demodulator, FIG. 7B is a square wave signal output from the comparator, and FIG. 7C is an arbitrary signal. This is a signal having a period T, and FIG. 7D is a gate signal.
For example, as shown in FIG. 7, the signal generation unit converts the demodulated signal demodulated by the AM demodulator into a square wave signal by a comparator, and based on the square wave signal and a signal having an arbitrary period T. Thus, the gate signal of the
本発明は、レーザ光源の校正装置、特に基準レーザ光源、及び対象レーザ光源をヨウ素安定化レーザ光源とするレーザ光源の校正装置に好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used for a laser light source calibration device, particularly a reference laser light source and a laser light source calibration device using a target laser light source as an iodine stabilized laser light source.
1…校正装置
2…基準レーザ光源
3…対象レーザ光源
4…光学系
5…周波数カウンタ
6…ゲート信号生成手段
61…周期検出部
62…信号生成部
611…FM復調器
612…AM復調器
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記基準レーザ光源、及び前記対象レーザ光源は、所定の中心周波数を有するレーザ光を所定の変調信号で変調して出射し、
前記基準レーザ光源における変調信号の変調周波数と、前記対象レーザ光源における変調信号の変調周波数との差に相当する周期を検出する周期検出部と、
前記周期検出部にて検出される周期に同期する前記周波数カウンタのゲート信号を生成する信号生成部とを備え、
前記周期検出部は、前記基準レーザ光源から出射されるレーザ光の中心周波数と、前記対象レーザ光源から出射されるレーザ光の中心周波数との差に相当する周波数の搬送波信号に基づいて、前記変換部からの電気信号を周波数変調方式で復調するFM復調器と、
前記基準レーザ光源における変調信号の変調周波数と、前記対象レーザ光源における変調信号の変調周波数とのうち、いずれか高いほうの周波数の搬送波信号に基づいて、前記FM復調器にて復調される復調信号を振幅変調方式で復調するAM復調器とを備え、
前記信号生成部は、前記AM復調器にて復調される復調信号に基づいて、前記周波数カウンタのゲート信号を生成することを特徴とするレーザ光源の校正装置。 A reference laser light source that emits laser light that is a reference for calibration, a target laser light source that emits laser light that is a calibration target, the reference laser light source, and an optical axis of the laser light emitted from the target laser light source A frequency counter configured by an optical system that outputs the same, a conversion unit that converts laser light output from the optical system into an electrical signal, and a counter unit that measures a frequency based on the electrical signal from the conversion unit ; A laser light source calibration device that calibrates the frequency of the target laser light source based on the measurement result of the frequency counter,
The reference laser light source and the target laser light source modulate laser light having a predetermined center frequency with a predetermined modulation signal, and emit the laser light.
A period detector for detecting a period corresponding to a difference between a modulation frequency of the modulation signal in the reference laser light source and a modulation frequency of the modulation signal in the target laser light source;
A signal generation unit that generates a gate signal of the frequency counter synchronized with a cycle detected by the cycle detection unit ;
The period detection unit performs the conversion based on a carrier wave signal having a frequency corresponding to a difference between a center frequency of laser light emitted from the reference laser light source and a center frequency of laser light emitted from the target laser light source. An FM demodulator that demodulates an electric signal from the unit by a frequency modulation method;
A demodulated signal demodulated by the FM demodulator based on a carrier signal having a higher frequency of the modulation frequency of the modulation signal of the reference laser light source and the modulation frequency of the modulation signal of the target laser light source An AM demodulator that demodulates
The signal generating unit on the basis of the demodulated signal demodulated by the AM demodulator, the calibration device of the laser light source, characterized that you generate a gate signal of the frequency counter.
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