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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Regelung der Folgefrequenz eines Laserlichtpulses.
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2. Zugehöriger Stand der Technik
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Ein System, welches eine Differenz in der Folgefrequenz zwischen zwei Lasern durch das unabhängige Regeln der Folgefrequenzen der beiden Laser konstant hält, ist gemeinhin bekannt (siehe z. B.
18 und [0077] eines Patentdokuments 1 (
JP 4 565 198 B2 )).
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DE 697 34 946 T2 beschreibt, wie die mittlere Wiederholrate eines Nebenlasers mit der Wiederholrate eines Hauptlasers synchronisiert bzw. gesteuert wird. Die Wiederholrate des Hauptlasers kann dabei festgehalten werden oder driften. Bei dem offenbarten Verfahren wird die Wiederholrate des Nebenlasers um die Wiederholrate des Hauptlasers herum schwanken gelassen („dithering”), wobei die mittlere Zeitverzögerung zwischen dem Haupt- und dem Nebenlaser konstant gehalten wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Differenz in der Folgefrequenz zwischen zwei Lasern zu ändern.
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Ein Folgefrequenzregelgerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Master-Laser, welcher einen Master-Laserlichtpuls ausgibt, dessen Folgefrequenz auf einen vorher festgelegten Wert geregelt wird; einen Slave-Laser, welcher einen Slave-Laserlichtpuls ausgibt; einen Referenzkomparator, welcher eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals und eine vorher festgelegte Spannung miteinander vergleicht, wobei die Folgefrequenz des elektrischen Referenzsignals der vorher festgelegte Wert ist, und ein Ergebnis des Vergleichs ausgibt; einen Messkomparator, welcher eine Spannung basierend auf einer Lichtintensität des Slave-Laserlichtpulses und die vorher festgelegte Spannung miteinander vergleicht und ein Ergebnis des Vergleichs ausgibt; einen Phasendifferenzdetektor, welcher eine Phasendifferenz zwischen der Ausgabe des Referenzkomparators und der Ausgabe des Messkomparators detektiert; einen Schleifenfilter, welcher eine Hochfrequenzkomponente einer Ausgabe des Phasendifferenzdetektors entfernt; und einen Addierer, welcher ein Folgefrequenzregelsignal zu einer Ausgabe des Schleifenfilters hinzuaddiert, wobei: das Folgefrequenzregelsignal einen konstanten Widerholungszyklus besitzt; und sich die Folgefrequenz des Slave-Laserlichtpulses gemäß der Ausgabe des Addierers ändert.
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Ein Master-Laser gemäß dem so aufgebauten Folgefrequenzregelgerät gibt einen Master-Laserlichtpuls aus, dessen Folgefrequenz auf einen vorher festgelegten Wert geregelt wird. Ein Slave-Laser gibt einen Slave-Laserlichtpuls aus. Ein Referenzkomparator vergleicht eine Spannung eines elektrischen Referenzsignals und eine vorher festgelegte Spannung miteinander, wobei die Folgefrequenz des elektrischen Referenzsignals der vorher festgelegte Wert ist, und gibt ein Ergebnis des Vergleichs aus. Ein Messkomparator vergleicht eine Spannung basierend auf einer Lichtintensität des Slave-Laserlichtpulses und die vorher festgelegte Spannung miteinander und gibt ein Ergebnis des Vergleichs aus. Ein Phasendifferenzdetektor detektiert eine Phasendifferenz zwischen der Ausgabe des Referenzkomparators und der Ausgabe des Messkomparators. Ein Schleifenfilter entfernt eine Hochfrequenzkomponente einer Ausgabe des Phasendifferenzdetektors. Ein Addierer addiert ein Folgefrequenzregelsignal zu einer Ausgabe des Schleifenfilters hinzu. Das Folgefrequenzregelsignal besitzt einen konstanten Wiederholungszyklus. Die Folgefrequenz des Slave-Laserlichtpulses ändert sich gemäß der Ausgabe des Addierers.
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Die vorher festgelegte Spannung gemäß dem Folgefrequenzregelgerät der vorliegenden Erfindung kann ein elektrisches Erdungspotential sein.
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Die Resonatorlänge des Slave-Lasers gemäß dem Folgefrequenzregelgerät der vorliegenden Erfindung kann sich gemäß der Ausgabe des Addierers ändern.
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Der Slave-Laser gemäß dem Folgefrequenzregelgerät der vorliegenden Erfindung kann ein Piezo-Element umfassen; die Ausgabe des Addierers kann dem Piezo-Element zugeführt werden; und die Resonatorlänge des Slave-Lasers kann durch Expansion und Kontraktion des Piezo-Elements geändert werden.
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Das Folgefrequenzregelgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann umfassen: eine photoelektrische Konversionseinheit, welche den Slave-Laserlichtpuls empfängt; und einen Tiefpassfilter, welcher eine Hochfrequenzkomponente der Ausgabe der photoelektrische Konversionseinheit entfernt.
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Das Folgefrequenzregelsignal gemäß dem Folgefrequenzregelgerät der vorliegenden Erfindung kann von einem Benutzerdefinierte-Wellen-Generator (arbitrary wave generator) ausgegeben werden.
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Das Folgefrequenzregelgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann umfassen: einen masterseitigen Referenzkomparator, welcher die Spannung des elektrischen Referenzsignals und die vorher festgelegte Spannung miteinander vergleicht, wobei die Frequenz des elektrischen Referenzsignals der vorher festgelegte Wert ist, und dabei ein Signal des Vergleichs ausgibt; einen masterseitigen Messkomparator, welcher eine Spannung eines elektrischen masterseitigen Messsignals, welches eine Spannung besitzt basierend auf einer Lichtintensität des Master-Laserlichtpulses und einer Frequenz des vorher festgelegten Wertes, und die vorher festgelegte Spannung miteinander vergleicht und dabei ein Ergebnis des Vergleichs ausgibt; einen masterseitigen Phasendifferenzdetektor, welcher eine Phasendifferenz zwischen der Ausgabe des masterseitigen Referenzkomparators und der Ausgabe des masterseitigen Messkomparators detektiert; und einen masterseitigen Schleifenfilter, welcher eine Hochfrequenzkomponente einer Ausgabe des masterseitigen Phasendifferenzdetektors entfernt, wobei sich die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses ändert gemäß einer Ausgabe des masterseitigen Schleifenfilters.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Folgefrequenzregelgeräts 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 umfasst ein Diagramm, welches eine Wellenform einer Ausgabespannung eines Messkomparators 115 zeigt (2(a)) und ein Diagramm, welches eine Wellenform einer Ausgabespannung eines Referenzkomparators 122 (2(b)) gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 zeigt die Ausgabe der Folgefrequenzregelsignalquelle 238 (3(a)), die Ausgabe des Addierers 235 (3(b)), die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 (3(c)) und die Folgefrequenz des Master-Lasers 112 (3(d)); und
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4 zeigt eine Abwandlung in der Ausgabe des Folgefrequenzregelsignals und zeigt die Ausgabe der Folgefrequenzregelsignalquelle 238 (4(a)), die Ausgabe des Addierers 235 (4(b)), die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 (4(c)) und die Folgefrequenz des Master-Lasers 112 (4(d)).
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird eine Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben mit Bezug auf die Figuren.
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1 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Folgefrequenzregelgeräts 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 umfasst ein Diagramm, welches eine Wellenform einer Ausgabespannung eines Messkomparators 115 (2(a)) zeigt und ein Diagramm, welches eine Wellenform einer Ausgabespannung eines Referenzkomparators 122 zeigt (2(b)) gemäß der Ausführungsform der vorlegenden Erfindung.
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Ein Folgefrequenzregelgerät 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Master-Laser 112, einen optischen Koppler 114, den Messkomparator (masterseitiger Messkomparator) 115, eine Photodiode (masterseitige photoelektrische Konversionseinheit) 116, einen Tiefpassfilter 117, einen Verstärker 118, eine elektrische Referenzsignalquelle 121, den Referenzkomparator (masterseitiger Referenzkomparator) 122, einen Phasenkomparator (masterseitiger Phasendifferenzdetektor) 132, einen Schleifenfilter (masterseitiger Schleifenfilter) 134, einen Piezo-Treiber 136, einen Slave-Laser 212, einen optischen Koppler 214, einen Messkomparator 215, eine Photodiode (photoelektrische Konversionseinheit) 216, einen Tiefpassfilter 217, einen Verstärker 218, einen Referenzkomparator 222, einen Phasenkomparator (Phasendifferenzdetektor) 232, einen Schleifenfilter 234, einen Addierer 235, einen Piezo-Treiber 236 und eine Folgefrequenzregelsignalquelle 238.
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Der Master-Laser 112 gibt einen Master-Lichtpuls aus. Es soll angemerkt werden, dass die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses auf einen vorher festgelegten Wert geregelt ist. Der vorher festgelegte Wert ist gleich der Frequenz (z. B. 50 MHz) eines elektrischen Referenzsignals, welches von der elektrischen Referenzsignalquelle 121 ausgegeben wird.
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Der Master-Laser 112 umfasst ein Piezo-Element 112p. Das Piezo-Element 112p expandiert und kontrahiert in einer X-Richtung (horizontale Richtung in 1) als ein Ergebnis eines Anlegens einer Spannung einer Ausgabe des Schleifenfilters 134 nach einer Verstärkung durch den Piezo-Treiber 136. Die Expansion/Kontraktion in der X-Richtung des Piezo-Elements 112p verändert eine Laserresonatorlänge des Master-Lasers 112. Die Änderung der Laserresonatorlänge ändert die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses.
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Der optische Koppler 114 empfängt den Master-Laserlichtpuls, welcher von dem Master-Laser 112 ausgegeben wurde und gibt den Master-Laserlichtpuls an die Photodiode 116 und die Umgebung in einem Energieverhältnis von z. B. 1:9 ab. Die optische Energie des Master-Laserlichtpulses wird der Photodiode 116 zugeführt und ist daher z. B. 10% der optischen Energie des Master-Laserlichtpulses, welcher von dem Master-Laser 112 ausgegeben wurde.
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Die Photodiode (masterseitige photoelektrische Konversionseinheit) 116 empfängt den Master-Laserlichtpuls von dem optischen Koppler 114 und konvertiert den Master-Laserlichtpuls in ein elektrisches Signal. Es soll angemerkt werden, dass die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses auf 50 MHz geregelt wird. Als ein Ergebnis besitzt das elektrische Signal eine Komponente der Frequenz 50 MHz (Komponente der Frequenz des elektrischen Referenzsignals) und eine Hochfrequenzkomponente (Frequenz deutlich höher als 50 MHz).
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Der Tiefpassfilter 117 entfernt die Hochfrequenzkomponente der Ausgabe der Photodiode 116. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 117 ist z. B. 70 MHz. Daher wird die Hochfrequenzkomponente entfernt, wenn der Tiefpassfilter 117 die Ausgabe der Photodiode 116 empfängt und die Komponente der Frequenz 50 MHz (Komponente der Frequenz des elektrischen Referenzsignals) passiert. Ein Ausdruck „entfernen” impliziert nicht notwendigerweise nur die vollständige Entfernung und ein Fall, in welchem die Hochfrequenzkomponente in geringem Maße verbleibt, ist ebenso in dem Ausdruck „entfernen” enthalten. In dem folgenden Abschnitt besitzt der Ausdruck „entfernen” dieselbe Bedeutung.
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Der Verstärker 118 verstärkt die Ausgabe des Tiefpassfilters 117. Eine Ausgabe des Verstärkers 118 wird als elektrisches Messsignal bezeichnet. Das Erlangen des elektrischen Messsignals entspricht einer Messung der Lichtintensität des Master-Laserlichtpulses.
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Das masterseitige elektrische Messsignal wird durch das Verstärken der Ausgabe der Photodiode 116 durch den Verstärker 118 erlangt und besitzt daher eine Spannung basierend auf der Lichtintensität des Master-Laserlichtpulses. Zusätzlich hat das masterseitige elektrische Messsignal den Tiefpassfilter 117 passiert und besitzt daher eine Frequenz des vorher festgelegten Wertes (Frequenz des elektrischen Referenzsignals).
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Es ist denkbar, den Tiefpassfilter 117 und den Verstärker 118 miteinander zu verschalten und die Ausgabe der Photodiode 116 über den Verstärker 118 dem Tiefpassfilter 117 zuzuführen. In diesem Fall ist das masterseitige elektrische Messsignal die Ausgabe des Tiefpassfilters 117. In jedem Fall bleibt das masterseitige elektrische Messsignal das Signal basierend auf der Ausgabe des Tiefpassfilters 117.
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Die elektrische Referenzsignalquelle 121 gibt das elektrische Referenzsignal aus, welches eine Frequenz des vorher festgelegten Wertes besitzt (z. B. 50 MHz).
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Der Referenzkomparator (masterseitiger Referenzkomparator) 122 vergleicht die Spannung des elektrischen Referenzsignals und die vorher festgelegte Spannung miteinander und gibt dabei ein Ergebnis des Vergleichs aus. Es soll angemerkt werden, dass die vorher festgelegte Spannung z. B. das elektrische Erdungspotential ist. Bezugnehmend auf 1 besitzt der Referenzkomparator 122 zwei Eingangspole: einer ist mit der Ausgabe der elektrischen Referenzsignalquelle 121 verbunden und der andere ist geerdet. Die Signalausgabe des Referenzkomparators 122 wird gemäß einer Wertdifferenz zwischen den Spannungen, welche an den beiden Eingangspolen des Referenzkomparators 122 anliegen, bestimmt.
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Wenn die Spannung der Ausgabe der elektrischen Referenzsignalquelle 121 größer ist als das elektrische Erdungspotential (= 0 V) nimmt die Spannung des Signals, welches von dem Referenzkomparator 122 ausgegeben wird z. B. einen vorher festgelegten positiven Wert gemäß 2(b) an. Wenn die Spannung der Ausgabe der elektrischen Referenzsignalquelle 122 niedriger oder gleich dem elektrischen Erdungspotential (= 0 V) ist, nimmt die Spannung des Signals, welches von dem Referenzkomparator 122 ausgeben wird, 0 V an.
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Der Messkomparator (masterseitiger Messkomparator) 115 vergleicht die Spannung des masterseitigen elektrischen Messsignals und die vorher festgelegte Spannung (wie z. B. das elektrische Erdungspotential) miteinander und gibt ein Ergebnis des Vergleichs aus. In anderen Worten, der Messkomparator 115 empfängt die Ausgabe des Verstärkers 118 und die vorher festgelegte Spannung, vergleicht beide miteinander und gibt ein Ergebnis dieses Vergleichs aus.
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Wenn die Spannung der Ausgabe des Verstärkers 118 größer ist als das elektrische Erdungspotential (= 0 V), nimmt die Spannung des Signals, welches von dem Messkomparator 115 ausgegeben wird, z. B. einen vorher festgelegten positiven Wert gemäß 2(a) an. Wenn die Spannung der Ausgabe des Verstärkers 118 niedriger oder gleich dem elektrischen Erdungspotential (= 0 V) ist, nimmt die Spannung des Signals, welches von dem Messkomparator 115 ausgegeben wird, den Wert 0 V an.
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Der Phasenkomparator (masterseitiger Phasendifferenzdetektor 132) detektiert eine Phasendifferenz zwischen der Ausgabe des Referenzkomparators 122 und der Ausgabe des Messkomparators 115 und gibt diese Phasendifferenz aus.
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Der Schleifenfilter (masterseitiger Schleifenfilter) 114 entfernt eine Hochfrequenzkomponente einer Ausgabe des Phasenkomparators 132.
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Der Piezo-Treiber 136 ist z. B. ein Leistungsverstärker und verstärkt die Ausgabe des Schleifenfilters 134. Die Ausgabe des Piezo-Treibers 136 wird dem Piezo-Element 112p zugeführt. Als ein Ergebnis expandiert/kontrahiert das Piezo-Element 112p in der X-Richtung. Es soll angemerkt werden, dass das Piezo-Element 112p so expandiert/kontrahiert wird, dass die Phasendifferenz, welche von dem Phasenkomparator 132 detektiert wird, ein konstanter Wert ist (wie z. B. 0 Grad, 90 Grad oder –90 Grad). Als ein Ergebnis kann die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses präzise auf die Frequenz (z. B. 50 MHz) des elektrischen Referenzsignals eingestellt werden.
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Der Slave-Laser 212 gibt einen Slave-Laserlichtpuls aus.
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Der Slave-Laser 212 umfasst ein Piezo-Element 212p. Das Piezo-Element 212p expandiert/kontrahiert in der X-Richtung (horizontale Richtung in 1) durch die Spannung der Ausgabe des Addierers 235, welche verstärkt wird und durch den Piezo-Treiber 236 angelegt wird. Die Expansion/Kontraktion des Piezo-Elements 212 in der X-Richtung ändert die Laserresonatorlänge des Slave-Lasers 212.
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Die Änderung in der Laserresonatorlänge ändert die Folgefrequenz des Slave-Laserlichtpulses. Der optische Koppler 214 ist eine ähnliche Komponente zu dem optischen Koppler 114, empfängt den Slave-Laserlichtpuls, welcher von dem Slave-Laser 212 ausgegeben wird, und gibt den Slave-Laserlichtpuls an die Photodiode 216 und die Umgebung in einem Energieverhältnis von 1:9 aus.
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Die Photodiode (photoelektrische Konversionseinheit) 216 ist eine Komponente ähnlich zu der Photodiode 116, empfängt den Slave-Laserlichtpuls von dem optischen Koppler 214 und konvertiert den Slave-Laserlichtpuls in ein elektrisches Signal. Die Folgefrequenz des Slave-Laserlichtpulses wird auf einen Wert geregelt (angedacht ist, dass dieser Wert nahe an 50 MHz liegt), welcher durch das Addieren eines Wertes entsprechend dem Folgefrequenzregelsignal zu 50 MHz (Frequenz des elektrischen Referenzsignals) erlangt wird (siehe 3(c)). Als ein Ergebnis besitzt das elektrische Signal eine Komponente nahe der Frequenz 50 MHz und eine Hochfrequenzkomponente (Frequenz deutlich höher als 50 MHz).
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Der Tiefpassfilter 217 ist eine Komponente ähnlich dem Tiefpassfilter 117 und entfernt die Hochfrequenzkomponente einer Ausgabe der Photodiode 216. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 217 ist z. B. 70 MHz. Daher wird die Hochfrequenzkomponente entfernt, wenn der Tiefpassfilter 217 die Ausgabe der Photodiode 216 empfängt und die Frequenzkomponente nahe 50 MHz passiert.
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Der Verstärker 218 ist eine Komponente ähnlich zu dem Verstärker 118 und verstärkt eine Ausgabe des Tiefpassfilters 217. Eine Ausgabe des Verstärkers 218 wird als elektrisches Messsignal bezeichnet. Das Erlangen des elektrischen Messsignals entspricht einer Messung der Lichtintensität des Slave-Laserlichtpulses.
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Das elektrische Messsignal wird durch das Verstärken der Ausgabe der Photodiode 216 durch den Verstärker 218 erlangt und besitzt daher eine Spannung basierend auf der Lichtintensität des Slave-Laserlichtpulses. Desweiteren hat das elektrische Messsignal den Tiefpassfilter 217 passiert und besitzt daher eine Frequenz nahe der Frequenz des vorher festgelegten Wertes von 50 MHz.
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Der Tiefpassfilter 217 und der Verstärker 218 können so verschaltet werden wie der Tiefpassfilter 117 und der Verstärker 118 verschaltet werden können. In jedem Fall bleibt das elektrische Messsignal das Signal basierend auf der Ausgabe des Tiefpassfilters 217.
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Der Referenzkomparator 222 ist derselbe wie der Referenzkomparator 122 und deshalb wird auf eine Beschreibung desselben verzichtet.
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Der Messkomparator 215 ist eine Komponente ähnlich dem Messkomparator 115, welcher die Spannung des elektrischen Messsignals (Spannung basierend auf der Lichtintensität des Slave-Laserlichtpulses) und einen vorher festgelegten Wert (wie z. B. das elektrische Erdungspotential) miteinander vergleicht und ein Ergebnis des Vergleichs ausgibt. In anderen Worten, der Messkomparator 215 empfängt die Ausgabe des Verstärkers 218 und die vorher festgelegte Spannung, vergleicht beide miteinander und gibt ein Ergebnis des Vergleichs aus.
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Der Phasenkomparator (Phasendifferenzdetektor) 232 ist eine Komponente ähnlich dem Phasenkomparator 132, detektiert die Phasendifferenz zwischen der Ausgabe des Referenzkomparators 222 und der Ausgabe des Messkomparators 215 und gibt die Phasendifferenz aus.
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Der Schleifenfilter 234 ist eine Komponente ähnlich dem Schleifenfilter 134 und entfernt eine Hochfrequenzkomponente der Ausgabe des Phasenkomparators 232.
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Der Piezo-Treiber 236 ist eine Komponente ähnlich dem Piezo-Treiber 136 und verstärkt die Ausgabe des Addierers 235. Die Ausgabe des Piezo-Treibers 236 wird dem Piezo-Element 212p zugeführt. Als ein Ergebnis expandiert/kontrahiert das Piezo-Element 212p in der X-Richtung. Es sollte angemerkt werden, dass das Piezo-Element 212p so expandiert/kontrahiert wird, dass die Phasendifferenz, welche von dem Phasenkomparator 232 detektiert wird, ein konstanter Wert ist (wie z. B. 0°, 90° oder –90°). Als ein Ergebnis kann die Folgefrequenz des Slave-Laserlichtpulses mit dem Wert in Übereinstimmung gebracht werden (angedacht ist, dass dieser Wert nahe an 50 MHz liegt), welcher erlangt wird durch das Hinzuaddieren des Wertes entsprechend dem Folgefrequenzregelsignal zu 50 MHz (Frequenz des elektrischen Referenzsignals).
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Der Addierer 235 addiert das Folgefrequenzregelsignal zu einer Ausgabe des Schleifenfilters 234 hinzu und gibt ein Ergebnis der Addition aus.
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Die Folgefrequenzregelsignalquelle 238 ist z. B. ein Benutzerdefinierte-Wellenform-Generator (arbitrary waveform generator) und gibt das Folgefrequenzregelsignal aus. Das Folgefrequenzregelsignal hat einen konstanten Wiederholungszyklus. Das Folgefrequenzregelsignal kann z. B. als eine sinusförmige Welle (siehe 3(a)) dargestellt werden oder kann ein lineares Ansteigen und Absinken wiederholen (siehe 4(a)), wenn die Zeit der horizontalen Achse zugeordnet ist. Es soll angemerkt werden, dass das Folgefrequenzregelsignal ein Signal ist, welches eine Folgefrequenz von ungefähr 250 Hz besitzt.
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Im Folgenden wird eine Beschreibung des Betriebs der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
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(1) Vor der Ausgabe des Folgefrequenzregelsignals
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In diesem Fall ist die Funktion des Folgefrequenzregelgeräts 1 ähnlich dem Betrieb eines gewöhnlichen PLL-Kreises. In anderen Worten, die Folgefrequenzen des Master-Laserlichtpulses und des Slave-Laserlichtpulses erreichen 50 MHz.
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Nun wird eine Beschreibung eines Betriebs gegeben, wenn die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses 50 MHz erreicht. Dasselbe gilt für die Folgefrequenz des Slave-Laserlichtpulses.
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In Bezug auf 2(b) wird das elektrische Referenzsignal, welches eine vorher festgelegte Frequenz (z. B. 50 MHz) besitzt, von der elektrischen Referenzsignalquelle 121 ausgegeben. Desweiteren wird das Vergleichsergebnis zwischen der Spannung des elektrischen Referenzsignals und des elektrischen Erdungspotentials (= 0 V) von dem Referenzkomparator 122 ausgegeben. Als ein Ergebnis besitzt der Puls die Folgefrequenz 50 MHz, welcher von dem Referenzkomparator 122 ausgegeben wird.
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Daher wird in Bezug auf 2(a) angenommen, dass die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses von 50 MHz verschoben ist und die Phase der ausgegebenen Wellenform des Verstärkers 118 von der Phase der ausgegebenen Wellenform der elektrischen Referenzsignalquelle 121 verschoben ist.
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In diesem Fall wird in Bezug auf 1 der Master-Laserlichtpuls, welcher von dem Master-Laser 112 ausgeben wird, teilweise der Photodiode 116 von dem optischen Koppler 114 zugeführt, erfährt die photoelektrische Konversion und passiert den Tiefpassfilter 117, woraus die Entfernung der Hochfrequenzkomponente resultiert. Die Ausgabe des Tiefpassfilters 117 wird von dem Verstärker 118 weiter verstärkt und von dem Messkomparator 115 mit der Spannung des Phasenregelsignals verglichen, welche identisch ist zu dem elektrischen Erdungspotential (= 0 V).
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Der Phasenkomparator 132 vergleicht die Phase der Ausgabe des Messkomparators 115 und die Phase der Ausgabe des Referenzkomparators 122, detektiert die Phasendifferenz zwischen den Ausgaben und gibt diese Phasendifferenz aus. Die Hochfrequenzkomponente wird von der Ausgabe des Phasenkomparators 132 durch den Schleifenfilter 134 entfernt, die resultierende Ausgabe wird von dem Piezo-Treiber 136 verstärkt und dem Piezo-Element 112p zugeführt. Das Piezo-Element 112p kontrahiert/expandiert so, dass die Phasendifferenz, welche von dem Phasenkomparator 132 detektiert wird, einen konstanten Wert besitzt (z. B. 0°, 90° oder –90°). Als ein Ergebnis ist es möglich, die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses präzise in Überstimmung mit der Frequenz 50 MHz des elektrischen Referenzsignals zu bringen.
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Wenn eine Regelung zur Verfügung gestellt wird, sodass die Phasendifferenz, welche von dem Phasenkomparator 132 detektiert wird, 0° ist, wird die ausgegebene Wellenform des Messkomparators 115 nach links verschoben und überlappt die ausgegebene Wellenform des Referenzkomparators 122 in 2. Dann fällt die ausgegebene Wellenform des Verstärkers 118 mit der ausgegebenen Wellenform der elektrischen Referenzsignalquelle 121 zusammen. So ist es möglich, die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses präzise mit der Frequenz 50 MHz des elektrischen Referenzsignals in Übereinstimmung zu bringen.
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Nachdem die Folgefrequenzen des Master-Laserlichtpulses und des Slave-Laserlichtpulses mit dem vorher festgelegten Wert f0 (= 50 MHz) übereinstimmen, wenn keine Interferenz vorliegt und wenn die Spannungen, welche an dem Piezo-Elementen 112p und 212p anliegen, konstant bleiben, können die Folgefrequenzen des Master-Laserlichtpulses und des Slave-Laserlichtpulses auf dem vorher festgelegten Wert gehalten werden.
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3 zeigt die Ausgabe der Folgefrequenzregelsignalquelle 238 (3(a)), die Ausgabe des Addierers 235 (3(b)), die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 (3(c)) und die Folgefrequenz des Master-Lasers 112 (3(d)).
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3 illustriert einen Fall, in welchem die Ausgabe des Addierers 235 auf dem Wert V0 gehalten wird und die Folgefrequenz des Slave-Laserlichtpulses auf dem vorher festgelegten Wert f0 gehalten wird in einer Periode von 0 – t0 (siehe 3(b) und 3(c)). Desweiteren wird ein Fall gezeigt, in welchem die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses auf dem vorher festgelegten Wert f0 gehalten wird in der Periode von 0 – t0 (siehe 3(d)).
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Die Ausgabe des Folgefrequenzregelsignals wird in diesem Fall zum Zeitpunkt t0 gestartet.
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(2) Nach der Ausgabe des Folgefrequenzregelsignals
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Es wird angenommen, dass das Folgefrequenzregelsignal z. B. durch eine sinusförmige Welle repräsentiert wird, wenn die Zeit der horizontalen Achse zugeordnet ist (siehe 3(a)).
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Die Ausgabe des Addierers 235 fluktuiert dann ebenfalls nach oben und unten mit Bezug auf V0 (siehe 3(b)).
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Wenn die Ausgabe des Addierers 235 ansteigt (abfällt), dann steigt die Spannung, welche an dem Piezo-Element 212p anliegt, ebenfalls an (fällt die Spannung, welche an dem Piezo-Element 212p anliegt, ebenfalls ab) und das Piezo-Element 212 expandiert (kontrahiert). Es wird angenommen, dass solch ein Design zur Verfügung steht, dass sich die Laserresonatorlänge des Slave-Lasers 212 verkürzt (verlängert), wenn das Piezo-Element 212 expandiert (kontrahiert). Dann steigt die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 an (fällt die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 ab).
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Die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 fluktuiert daher nach oben und unten wie die Ausgabe des Addierers 235 (siehe 3(c)). Der Wert der Folgefrequenz des Slave-Lasers 212, welche nach oben und unten fluktuiert, ist ein Wert, welcher mit dem Folgefrequenzregelsignal korrespondiert.
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Auf der anderen Seite fluktuiert die Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses nicht auf eine spezielle Weise (siehe 3(d)).
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4 zeigt eine Abwandlung in der Ausgabe des Folgefrequenzregelsignals und zeigt die Ausgabe der Folgefrequenzregelsignalquelle 238 (4(a)), wobei die Ausgabe des Addierers 235 (siehe 4(b)), die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 (siehe 4(c)) und die Folgefrequenz des Maser-Laserlichtpulses (siehe 4(d)) in diesem Fall ebenfalls ähnlich sind.
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Während die Folgefrequenz des Slave-Lasers 212 nach oben und unten fluktuiert, ist die Folgefrequenz des Master-Lasers 112 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstant und es ist daher möglich, die Differenz zwischen den Folgefrequenzen der beiden Laser zum Fluktuieren zu bringen.
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Es soll angemerkt werden, dass der Master-Laserlichtpuls und der Slave-Laserlichtpuls für Messgeräte verwendet werden können, welche THz-Licht verwenden.
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Z. B. wird der Master-Laserlichtpuls einem THz-Lichtgenerator (wie z. B. einem lichtleitenden Schalter) zugeführt, wobei THz-Licht erzeugt wird und das THz-Licht auf ein Prüfobjekt einstrahlt. Das THz-Licht, welches durch das Prüfobjekt hindurch übertragen wurde oder von dem Prüfobjekt reflektiert wurde, wird einem THz-Lichtdetektor (wie z. B. einem lichtleitenden Schalter) zugeführt. So kann das THz-Licht durch das Zuführen des Slave-Laserlichtpulses zu dem THz-Lichtdetektor detektiert werden. Es gibt eine Differenz in der Folgefrequenz des Master-Laserlichtpulses und des Slave-Laserlichtpulses und es können mehrere Punkte auf einer Wellenform des THz-Lichts beobachtet werden, welches durch das Prüfobjekt hindurch übertragen wurde oder von dem Prüfobjekt reflektiert wurde.
