DE102017210544A1

DE102017210544A1 - Laserjustierverfahren und laserquellenvorrichtung

Info

Publication number: DE102017210544A1
Application number: DE102017210544.5A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Narumi; Yoichi Toida
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2018-01-11
Also published as: JP2017228646A; US10505336B2; US20170373463A1; CN107528210B; JP6836848B2; CN107528210A

Abstract

Ein Laserjustierverfahren umfasst einen ersten Justierschritt und einen zweiten Justierschritt. In dem ersten Justierschritt werden unter Verwendung eines Lichtdetektors, der ein zweites harmonisches Licht detektiert, die optische Intensität und die Wellenlänge des zweiten harmonischen Lichts detektiert, und eine erste Temperaturjustiervorrichtung wird justiert, um die Temperaturen eines Nd:YVO4-Kristalls und eines KTP-Kristalls zu justieren, so dass sich die detektierte Wellenlänge des zweiten harmonischen Lichts einer gewünschten Wellenlänge nähert, und so dass die optische Intensität des zweiten harmonischen Lichts mindestens einen vorbestimmten Wert erreicht. In dem zweiten Justierschritt, nach dem ersten Justierschritt, wird eine Temperatur eines Etalons durch eine zweite Temperaturjustiervorrichtung justiert, so dass sich die detektierte Wellenlänge des zweiten harmonischen Licht der gewünschten Wellenlänge nähert, und so dass die optische Intensität des zweiten harmonischen Lichts mindestens einen vorbestimmten Wert erreicht.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der japanischen Anmeldung Nr. 2016-123688 , eingereicht am 22. Juni 2016, in Anspruch, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserjustierverfahren von einer Laserquellenvorrichtung, die Laserlicht emittiert, und die Laserquellenvorrichtung.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Herkömmlicherweise ist eine Laserquellenvorrichtung bekannt, die eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht emittiert, und einen Resonator, der das Anregungslicht von der Anregungslichtquelle empfängt und Laserlicht generiert, umfasst (siehe beispielsweise das japanische Patent Nr. 3,509,598 und die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2011-249400 ). Eine derartige Laserquellenvorrichtung umfasst ein Festkörperlasermedium, wie etwa einen Nd:YVO₄-Kristall, im Innern eines Gehäuses des Resonators; ein Frequenzverdopplungs-(SHG)Element mit nicht linearem optischem Kristall (wie beispielsweise ein KTP-Kristall); einen Etalon; und einen Resonatorspiegel. Das Anregungslicht aus dem Halbleiterlaser trifft auf das Festkörperlasermedium und bewirkt die Emission von Grundwellenlicht, das Grundwellenlicht wird in harmonisches Licht umgewandelt, und das harmonische Licht, das eine vorbestimmte Frequenz aufweist, geht durch den Etalon und wird aus dem Resonator ausgegeben.
Bei diesem Beispiel umfasst die Laserquellenvorrichtung, die in dem japanischen Patent Nr. 3,509,598 offenbart wird, einen Mechanismus zum Justieren der Temperatur des Resonators und einen Mechanismus zum Justieren der Temperatur des Etalons. Indem sie die Regelung der Temperatur des Resonators ausführt, führt die Laserquellenvorrichtung einen stabilen Wellenlängenumwandlungsvorgang mit dem SHG-Element im Innern des Resonators aus, und dadurch dass die Regelung der Temperatur des Etalons ausgeführt wird, wird die Wellenlänge des harmonischen Lichts mit einer Spitzen-Übertragungswellenlänge des Etalons abgeglichen. Dabei umfasst die Laserquellenvorrichtung, die in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2011-249400 offenbart wird, einen Mechanismus zum Justieren der Temperatur eines SHG-Elements (nicht linearer optischer Kristall) und einen Mechanismus zum Justieren der Temperatur des Resonators. Bei dieser Laserquellenvorrichtung wird, nachdem eine Justierung der Temperatur des SHG-Elements in einem Zustand ausgeführt wurde, in dem der Etalon aus dem Resonator entnommen ist, der Etalon im Innern des Resonators angeordnet und die Temperaturregelung des Resonators wird ausgeführt, wodurch eine Temperaturregelung des Etalons erfolgt.
In dem japanischen Patent Nr. 3,509,598 werden eine Temperaturregelung des gesamten Resonators und eine Temperaturregelung des Etalons ausgeführt. Für den Fall, dass die Temperatur des Resonators anders als die Temperatur des Etalons ist, beeinflussen sie sich jedoch gegenseitig. Ferner wird in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2011-249400 , nachdem die Temperaturregelung des SHG-Elements ausgeführt wurde, der Etalon wieder in die Baugruppe zurückgebracht, und die Temperaturregelung des gesamten Resonators wird ausgeführt. Für den Fall, dass die Temperatur des Resonators anders als die Temperatur des SHG-Elements ist, wird jedoch auch das SHG-Element beeinflusst, wenn die Temperaturregelung des gesamten Resonators ausgeführt wird. Somit ist es schwierig, bei den herkömmlichen Konfigurationen die Temperatur jedes Elements im Innern des Resonators auf die optimale Temperatur einzustellen, und es ist schwierig, eine hohe Ausbeute von Laserlicht auf der gewünschten Wellenlänge zu erreichen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Laserjustierverfahren bereit, das zu einer hohen Ausbeute von Laserlicht auf der gewünschten Wellenlänge fähig ist, und stellt auch eine Laserquellenvorrichtung bereit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Laserjustierverfahren in einer Laserquellenvorrichtung, die eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht emittiert; ein Lasermedium, welches das Anregungslicht empfängt und Grundwellenlicht generiert; einen nicht linearen optischen Kristall, der das Grundwellenlicht in harmonisches Licht, das eine gewünschte Wellenlänge aufweist, umwandelt; einen Etalon, der Licht einer vorbestimmten Wellenlänge durchlässt; ein Resonatorgehäuse, welches das Lasermedium, den nicht linearen optischen Kristall und den Etalon im Innern des Resonatorgehäuses aufnimmt; einen ersten Temperaturjustiermechanismus, der die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristall regelt; und einen zweiten Temperaturjustiermechanismus, der eine Temperatur des Etalons regelt, umfasst: einen ersten Justierschritt und einen zweiten Justierschritt. In dem ersten Justierschritt werden unter Verwendung eines Lichtdetektors, der das harmonische Licht detektiert, die optische Intensität und die Wellenlänge des harmonischen Lichts detektiert, und der erste Temperaturjustiermechanismus wird justiert, um die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls derart zu justieren, dass sich die detektierte Wellenlänge des harmonischen Lichts einer gewünschten Wellenlänge nähert, und so dass die optische Intensität des harmonischen Lichts mindestens einen vorbestimmten Wert erreicht. In dem zweiten Justierschritt werden nach dem ersten Justierschritt die optische Intensität und die Wellenlänge des harmonischen Lichts unter Verwendung des Lichtdetektors detektiert, und die Temperatur des Etalons wird durch den zweiten Temperaturjustiermechanismus justiert, so dass sich die detektierte Wellenlänge des harmonischen Lichts der gewünschten Wellenlänge nähert, und so dass die optische Intensität des harmonischen Lichts mindestens einen vorbestimmten Wert erreicht.
Bei der Laserquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls (SHG-Element) durch den ersten Temperaturjustiermechanismus geregelt werden, und die Temperatur des Etalons kann durch den zweiten Temperaturjustiermechanismus geregelt werden. Zudem wird bei der vorliegenden Erfindung basierend auf den Detektionsergebnissen (Wellenlänge und optische Intensität) des harmonischen Lichts, das von dem Detektor detektiert wird, zuerst in dem ersten Justierschritt der erste Temperaturjustiermechanismus geregelt, und die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls werden optimiert. Mit anderen Worten werden das Lasermedium und der nicht lineare optische Kristall auf eine Temperatur eingestellt, die in der Lage ist, eine hohe Ausbeute an Laserlicht, das die gewünschte Wellenlänge aufweist, zu erreichen, und diese Temperatur wird durch den ersten Temperaturjustiermechanismus gehalten. Anschließend wird der zweite Justierschritt durchgeführt, es erfolgt eine Temperaturjustierung des Etalons, und die Spitzen-Übertragungswellenlänge, die durch den Etalon geht, wird mit der gewünschten Wellenlänge abgeglichen. In dem zweiten Justierschritt kann ein Winkel des Etalons in Bezug auf eine optische Achse des Resonatorgehäuses ebenfalls je nach Bedarf zusätzlich zu der Temperatur des Etalons justiert werden. In dem zweiten Justierschritt werden die Temperaturbedingungen, die in dem ersten Justierschritt eingestellt wurden, durch den ersten Temperaturjustiermechanismus beibehalten, und daher können Änderungen der Temperatur in dem Lasermedium und dem nicht linearen optischen Kristall unterbunden werden, wenn eine Temperaturregelung des Etalons erfolgt. Mit anderen Worten sind das Lasermedium und der nicht lineare optische Kristall nicht von der Temperaturregelung betroffen, die in dem zweiten Justierschritt erfolgt, und können weiterhin das optimierte Laserlicht (harmonische Licht) ohne Beeinträchtigung ausgeben. Daher ist die vorliegende Erfindung zu einer hohen Ausbeute aus der Laserquellenvorrichtung von Laserlicht, das die gewünschte Wellenlänge aufweist, fähig.
Bevorzugt umfasst bei dem Laserjustierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Laserquellenvorrichtung einen dritten Temperaturjustiermechanismus, der eine Temperatur des Resonatorgehäuses regelt, und das Verfahren führt einen dritten Justierschritt durch, in dem die Temperatur des Resonatorgehäuses durch den dritten Temperaturjustiermechanismus auf einer vordefinierten Referenztemperatur gehalten wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch das Durchführen des dritten Justierschritts die Temperatur des Resonatorgehäuses durch den dritten Temperaturjustiermechanismus auf der Referenztemperatur gehalten. Daher werden der erste Justierschritt und der zweite Justierschritt in einem Zustand ausgeführt, in dem die Temperaturbedingungen während der Wellenlängenstabilisierung des Laserlichts einheitlich sind. Daher können selbst für den Fall, dass sich die Temperatur eines Umfelds um die Laserquellenvorrichtung herum auf Grund eines Nutzungsumfelds oder dergleichen ändert, die Temperaturen des Lasermediums, des nicht linearen optischen Kristalls und des Etalons auf optimale Temperaturen eingestellt werden, ohne von der Temperaturänderung betroffen zu sein.
Bevorzugt umfasst bei dem Laserjustierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Resonatorgehäuse Träger, die jeweils das Lasermedium, den nicht linearen optischen Kristall und den Etalon tragen, und das Resonatorgehäuse und die Träger sind aus einem Material konfiguriert, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 170 W/mK aufweist. Bei einer herkömmlichen Laserquellenvorrichtung ist das Resonatorgehäuse aus einem Material mit geringer Ausdehnung konfiguriert, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen geringen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Dies beruht darauf, dass für den Fall, dass die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls geregelt werden, indem die Temperatur des Resonatorgehäuses geregelt wird, wie bei dem japanischen Patent Nr. 3,509,598 , wie zuvor beschrieben, oder dass die Temperatur des Etalons geregelt wird, indem die Temperatur des Resonatorgehäuses geregelt wird, wie beispielsweise in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2011-249400 , Änderungen der Hohlraumlänge auf Grund einer Änderung der Temperatur des Resonatorgehäuses unterbunden werden. Auch beeinflussen sich bei den zuvor beschriebenen herkömmlichen Laserquellenvorrichtungen für den Fall, dass die Temperatur des Resonatorgehäuses anders als die Temperaturen jedes Elements ist, die eingestellten Temperaturen gegenseitig und die Temperaturregelung wird schwierig. Entsprechend sind das Resonatorgehäuse und die Träger aus einem Material konfiguriert, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und ungünstige Situationen, in denen sich die eingestellten Temperaturen gegenseitig beeinflussen, werden unterbunden. Falls jedoch das Resonatorgehäuse aus einem Material konfiguriert ist, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, dauert es lange, bis die Temperatur des Resonatorgehäuses einheitlich ist. Insbesondere für den Fall, dass sich die Temperatur des Umfelds im Verlauf der Zeit ändert, dauert es noch viel länger, bis die Temperatur einheitlich ist. Dagegen ist bei der vorliegenden Erfindung das Resonatorgehäuse aus einem Material konfiguriert, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 170 W/mK aufweist. Daher kann die Temperatur des Resonatorgehäuses schnell einheitlich gemacht werden, und ein Laserstabilisierungsprozess kann in einem Zustand ausgeführt werden, in dem die Temperaturbedingungen einheitlich sind. Zudem können wie zuvor beschrieben bei der vorliegenden Erfindung Temperatureffekte zwischen dem Lasermedium und dem nicht linearen optischen Kristall, dem Etalon und dem Resonatorgehäuse unterbunden werden, und daher können sogar für den Fall, dass ein Resonatorgehäuse verwendet wird, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, die Effekte unterbunden werden. Zudem erfolgt der Laserstabilisierungsprozess in einem Zustand, in dem das Resonatorgehäuse auf der Referenztemperatur gehalten wird, und somit ist es nicht notwendig, ein Resonatorgehäuse zu verwenden, das aus einem Material mit geringer Ausdehnung konfiguriert ist.
Bevorzugt sind bei dem Laserjustierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Resonatorgehäuse und die Träger aus Berylliumkupfer konfiguriert. Bei der vorliegenden Erfindung sind das Resonatorgehäuse und die Träger aus Berylliumkupfer konfiguriert. Berylliumkupfer weist eine Wärmeleitfähigkeit von 170 bis 260 W/mK auf, und ist wie zuvor besprochen in der Lage, die Temperatur des Resonatorgehäuses schnell einheitlich zu machen.
Bevorzugt umfasst bei dem Laserjustierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der Lichtdetektor eine Absorptionszelle, auf die das harmonische Licht, das aus dem Resonatorgehäuse emittiert wird, trifft und die Licht, das eine vorbestimmten Wellenlänge aufweist, absorbiert; und einen Detektor, der das harmonische Licht, das durch die Absorptionszelle geht, empfängt und ein Ausgangssignal ausgibt. Bevorzugt regeln der erste Justierschritt und der zweite Justierschritt den ersten Temperaturjustiermechanismus und den zweiten Temperaturjustiermechanismus, so dass eine Wellenlänge von gesättigten Absorptionslinien von der Absorptionszelle basierend auf dem Ausgangssignal aus dem Detektor mit der Wellenlänge des harmonischen Lichts übereinstimmt. Entsprechend kann bei der vorliegenden Erfindung durch das Detektieren der gesättigten Absorptionslinien, die in einem zweiten Ausgangssignal enthalten sind, und das Ausführen des ersten Justierschritts und des zweiten Justierschritts, so dass die Wellenlänge des harmonischen Lichts die gleiche ist wie die Wellenlänge der gesättigten Absorptionslinien, die Wellenlänge mit hoher Genauigkeit auf die gewünschte Wellenlänge eingestellt werden.
Eine Laserquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht emittiert; ein Lasermedium, welches das Anregungslicht empfängt und Grundwellenlicht generiert; einen nicht linearen optischen Kristall, der das Grundwellenlicht in harmonisches Licht, das eine gewünschte Wellenlänge aufweist, umwandelt; einen Etalon, der Licht einer vorbestimmten Wellenlänge durchlässt; ein Resonatorgehäuse, welches das Lasermedium, den nicht linearen optischen Kristall und den Etalon im Innern des Resonatorgehäuses aufnimmt; einen ersten Temperaturjustiermechanismus, der die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls regelt; und einen zweiten Temperaturjustiermechanismus, der eine Temperatur des Etalons regelt. Die Laserquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den ersten Temperaturjustiermechanismus, der die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls regelt, und den zweiten Temperaturjustiermechanismus, der die Temperatur des Etalons regelt, wobei der erste Temperaturjustiermechanismus und der zweite Temperaturjustiermechanismus derart bereitgestellt werden, dass sie voneinander unabhängig sind. Dies ermöglicht eine Justierung des Laserlichts unter Verwendung des zuvor beschriebenen Laserjustierverfahrens und ermöglicht eine hohe Ausbeute an Laserlicht, das die gewünschte Wellenlänge aufweist (harmonisches Licht).
Bevorzugt umfasst die Laserquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Regler, der die Ausbeute des harmonischen Lichts stabilisiert, und basierend auf Detektionsergebnissen von einem Lichtdetektor die Wellenlänge und die optische Intensität des harmonischen Lichts, das von dem Resonatorgehäuse emittiert wird, detektiert, regelt der Regler den ersten Temperaturjustiermechanismus und den zweiten Temperaturjustiermechanismus, so dass sich die detektierte Wellenlänge des harmonischen Lichts der gewünschten Wellenlänge nähert, und so dass die detektierte optische Intensität des harmonischen Lichts mindestens gleich einem vorbestimmten Wert ist, und der Regler führt eine Temperaturjustierung in der Reihenfolge des Justierens der Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls und dann der Temperatur des Etalons aus. Der Regler regelt den ersten Temperaturjustiermechanismus und den zweiten Temperaturjustiermechanismus in dieser Reihenfolge, und dadurch kann die Laserquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung automatisch das zuvor beschriebene Laserjustierverfahren ausführen und kann die Benutzerfreundlichkeit verbessern.
Bevorzugt umfasst die Laserquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ferner einen dritten Temperaturjustiermechanismus, der eine Temperatur des Resonatorgehäuses regelt, und der Regler regelt den dritten Temperaturjustiermechanismus und hält die Temperatur des Resonatorgehäuses auf einer vordefinierten Referenztemperatur. Bei der vorliegenden Erfindung wird der dritte Temperaturjustiermechanismus, der die Temperatur des Resonatorgehäuses regelt, bereitgestellt, und daher kann die Temperatur des Resonatorgehäuses auf der Referenztemperatur gehalten werden, und es kann stabiles Laserlicht ausgegeben werden, und zwar unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur.
Bevorzugt umfasst bei der Laserquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Resonatorgehäuse Träger, die jeweils das Lasermedium, den nicht linearen optischen Kristall und den Etalon tragen, und das Resonatorgehäuse und die Träger sind aus einem Material konfiguriert, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 170 W/mK aufweist. Bevorzugt sind das Resonatorgehäuse und jeder der Träger aus Berylliumkupfer konfiguriert. Bei der vorliegenden Erfindung sind das Resonatorgehäuse und die Träger aus Berylliumkupfer konfiguriert, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 170 W/mK aufweist. Daher kann die Temperatur in dem Resonatorgehäuse schnell einheitlich gemacht werden und kann auf der Referenztemperatur gehalten werden. Entsprechend kann ein schneller Laserstabilisierungsprozess unter Temperaturbedingungen ausgeführt werden, bei denen die Temperatur des Resonators einheitlich ist.
Die vorliegende Erfindung ist zu einer hohen Ausbeute von Laserlicht, das eine gewünschte Wellenlänge aufweist, aus einer Laserquellenvorrichtung fähig.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die bezeichnete Vielzahl von Zeichnungen als nicht einschränkende Beispiele von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in denen die gleichen Bezugszeichen ähnliche Teile in den mehreren Ansichten der Zeichnungen darstellen. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das eine Laserquellenvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet;
2 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration von Vorgängen einer Steuereinheit gemäß der Ausführungsform abbildet; und
3 ein Ablaufschema, das einen Laserjustierprozess gemäß der Ausführungsform abbildet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen nur der erläuternden Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden vorgelegt, um bereitzustellen, was als möglichst nützliche und leicht verständliche Beschreibung der Grundlagen und konzeptuellen Aspekte der vorliegenden Erfindung angesehen wird. In dieser Hinsicht wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher als zum grundlegenden Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig zu zeigen, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen gesehen dem Fachmann nahebringt, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Konfiguration der Laserquellenvorrichtung
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Laserquellenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform abbildet. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Laserquellenvorrichtung 1 eine Lichtquelle 2, die Licht emittiert; einen Resonator 3; einen Lichtwellenleiter 4, der das Licht, das von dem Resonator 3 emittiert wird, zu einem Äußeren der Laserquellenvorrichtung 1 leitet; einen Detektor 5 von gesättigten Absorptionslinien, der gesättigte Absorptionslinien von Jod detektiert, indem er das Licht, das von dem Resonator 3 emittiert wird, moduliert; und eine Steuereinheit 6, welche die Laserquellenvorrichtung 1 steuert. Die Lichtquelle 2 ist eine Anregungslichtquelle und umfasst beispielsweise einen Halbleiterlaser 21, der Licht (Anregungslicht) auf einer Wellenlänge in der Nähe von 808 nm emittiert; eine Kollimatorlinse 22, die das Anregungslicht, das von dem Halbleiterlaser 21 emittiert wird, parallel richtet; eine Kühlkörperplatte 23, welche die Wärme des Halbleiterlasers 21 entweichen lässt; und einen Mechanismus 24 zum Justieren der Temperatur der Lichtquelle (eine Vorrichtung zum Justieren der Temperatur der Lichtquelle), der eine Temperatur der Lichtquelle 2 regelt. Der Mechanismus 24 zum Justieren der Temperatur der Lichtquelle kann beispielsweise einen Temperatursensor 241, der aus einem Thermistor oder dergleichen konfiguriert ist, und eine Vorrichtung 242 zum Justieren der Temperatur, die aus ein Peltier-Element oder dergleichen, das die Temperatur justiert, konfiguriert ist, umfassen. Durch das Justieren der Temperatur des Halbleiterlasers 21 mit dem Mechanismus 24 zum Justieren der Temperatur der Lichtquelle kann Anregungslicht, das in der Lage ist, Grundwellenlicht zu generieren, stabil ausgegeben werden.
Konfiguration des Resonators
Der Resonator 3 umfasst ein Gehäuse 31 (Resonatorgehäuse). Im Innern des Gehäuses 31 umfasst der Resonator 3 eine Fokussierlinse 311, die das Anregungslicht, das von der Kollimatorlinse 22 parallel gerichtet wird, fokussiert; einen Nd:YVO₄-Kristall 32 (Lasermedium), der durch das Anregungslicht, das durch die Fokussierlinse 311 fokussiert wird, angeregt wird und Licht auf einer Wellenlänge in der Nähe von 1064 nm (Grundwellenlicht) emittiert; einen KTP-Kristall 33 (nicht linearer optischer Kristall), der das Grundwellenlicht, das von dem Nd:YVO₄-Kristall 32 emittiert wird, in Licht umwandelt, das eine Wellenlänge in der Nähe von 532 nm (zweites harmonisches Licht) aufweist; einen Etalon 34, der auf einer letzten Stufe eines Lichtwegs des KTP-Kristalls 33 angeordnet ist; einen Resonatorspiegel 35; einen ersten Temperaturjustiermechanismus 36 (erste Vorrichtung zum Justieren der Temperatur), der die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 regelt; einen zweiten Temperaturjustiermechanismus 37 (zweite Vorrichtung zum Justieren der Temperatur), der eine Temperatur des Etalons 34 regelt; und einen Mechanismus 38 zum Justieren eines Winkels (Vorrichtung zum Justieren eines Winkels), der einen Winkel des Etalons 34 justiert. Ein dritter Temperaturjustiermechanismus 39 (dritte Vorrichtung zum Justieren der Temperatur), der eine Temperatur des Gehäuses 31 selber justiert, wird ebenfalls für das Gehäuse 31 bereitgestellt.
Genauer gesagt umfasst das Gehäuse 31 im Innern desselben einen Laserelementträger 312, der den Nd:YVO₄-Kristall 32 und den KTP-Kristall 33 trägt; und einen Etalonträger 313, der den Etalon 34 trägt. Der Resonatorspiegel 35 ist an dem Gehäuse 31 angebracht, wobei ein Piezoelement 351 dazwischen eingeschoben ist. Der Resonatorspiegel 35 kann sich in einer optischen Achsenrichtung des Resonators 3 (die Hohlraumlänge kann geändert werden) verlagern, indem die Spannung geregelt wird, die an das Piezoelement 351 angelegt wird. Zudem können der Laserelementträger 312 und der Etalonträger 313 derart konfiguriert sein, dass sie mit dem Gehäuse 31 einstückig sind, oder sie können getrennt sein und an dem Gehäuse 31 angebracht sein. Das Gehäuse 31, der Laserelementträger 312 und der Etalonträger 313 sind aus Materialien konfiguriert, die eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 170 W/mK aufweisen, und sind in der vorliegenden Ausführungsform aus Berylliumkupfer (Wärmeleitfähigkeit von 170 bis 260 W/mK) konfiguriert.
Im Vergleich zu Keramik (Wärmeleitfähigkeit von 10 bis 15 W/mK) oder dergleichen, die bei einer herkömmlichen Laserquellenvorrichtung verwendet wird, weist das Berylliumkupfer eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Wenn bei dem zuvor beschriebenen Gehäuse 31 die Temperaturregelung durch den dritten Temperaturjustiermechanismus 39 erfolgt, kann die Temperatur schnell mit einer definierten Temperatur einheitlich gemacht werden. Mit anderen Worten ist es in einem Gehäuse, das aus einem Material konfiguriert ist, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie bei den herkömmlichen Gehäusen, für die Temperatur schwierig, sich auszubreiten, und daher dauert es lange, bis der gesamte Resonator eine einheitliche Temperatur erreicht, was den Zeitraum erhöht, in dem ein Laserstabilisierungsprozess ausgeführt wird. Dagegen kann mit dem Gehäuse 31 der vorliegenden Ausführungsform, das ein hohes Ausmaß an Wärmeleitfähigkeit aufweist, wenn die Temperaturregelung des Gehäuses 31 durch den dritten Temperaturjustiermechanismus 39 erfolgt, die Temperatur schnell mit der definierten Temperatur einheitlich gemacht werden. Auch für den Fall, dass die Wärmeleitfähigkeit gering ist, wenn sich ein umgebendes Umfeld ändert und eine Änderung der Temperatur an einer Stelle an dem Gehäuse 31 verursacht, die weit von dem dritten Temperaturjustiermechanismus 39 entfernt ist, ist es für die Temperatur schwierig, sich von dieser Position aus bis zu dem dritten Temperaturjustiermechanismus 39 auszubreiten. Entsprechend ist es wahrscheinlich, dass eine Temperaturverteilung des Gehäuses 31 uneinheitlich wird. Dagegen wird bei der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn eine Änderung der Temperatur in einem Abschnitt des Gehäuses 31 vorkommt, diese Temperatur schnell auf den dritten Temperaturjustiermechanismus 39 übertragen, was eine sofortige Temperaturjustierung ermöglicht.
Wie zuvor beschrieben, sind der Nd:YVO₄-Kristall 32 und der KTP-Kristall 33 auf dem Laserelementträger 312 montiert. Bei diesem Beispiel ist eine Oberfläche des Nd:YVO₄-Kristalls 32 auf der Seite des Halbleiterlasers 21 mit einer Beschichtung versehen, die das Anregungslicht durchlässt und das Grundwellenlicht reflektiert, und eine Oberfläche des Resonatorspiegels 35 auf der Seite des Nd:YVO₄-Kristalls 32 ist mit einer Beschichtung versehen, die das Grundwellenlicht reflektiert und das zweite harmonische Licht durchlässt. Entsprechend zirkuliert das Grundwellenlicht zwischen dem Nd:YVO₄-Kristall 32 und dem Resonatorspiegel 35 und erstellt eine multimodale Schwingung, wohingegen das zweite harmonische Licht durch den Resonatorspiegel 35 geht und von dem Resonator 3 emittiert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Nd:YVO₄-Kristall 32 als beispielhaftes Lasermedium angegeben, doch die vorliegende Erfindung ist nicht darauf eingeschränkt, und es kann stattdessen ein Nd:YAG-Kristall oder dergleichen verwendet werden. Auch wird der KTP-Kristall 33 als beispielhafter nicht linearer optischer Kristall angegeben, doch die vorliegende Erfindung ist nicht darauf eingeschränkt, und es kann stattdessen ein BBO-Kristall, ein LBO-Kristall oder dergleichen verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt, wird der erste Temperaturjustiermechanismus 36 für den Laserelementträger 312 bereitgestellt. Der erste Temperaturjustiermechanismus 36 kann beispielsweise einen Temperatursensor 361, der aus einen Thermistor oder dergleichen, der die Temperatur detektiert, konfiguriert ist, und eine Vorrichtung 362 zum Justieren der Temperatur, die aus einem Peltier-Element oder dergleichen konfiguriert ist und die Temperatur justiert, umfassen. Der erste Temperaturjustiermechanismus 36 ist mit der Steuereinheit 6 verbunden, und die Temperatur, die von dem Temperatursensor 361 detektiert wird, wird an die Steuereinheit 6 ausgegeben. Basierend auf einem Regelsignal, das von der Steuereinheit 6 aus eingegeben wird, ändert die Vorrichtung 362 zum Justieren der Temperatur die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 und hält sie auf einem vorbestimmten Wert.
Wie zuvor angemerkt, ist der Etalon 34 auf der optischen Achse im Innern des Resonators 3 angeordnet und lässt Licht einer vorbestimmten Wellenlänge durch diesen hindurchgehen. Der Etalon 34 ist in der Lage, das Grundwellenlicht, das in mehreren Modi schwingt, in einen Monomodus umzuwandeln. Durch das Umwandeln des Grundwellenlichts in einen Monomodus kann das zweite harmonische Licht, das durch den KTP-Kristall 33 umgewandelt wird, auch in einen Monomodus umgewandelt werden. Der Etalon 34 wird von dem Etalonträger 313 getragen, und ein Winkel des Etalons 34 in Bezug auf die optische Achse des Resonators 3 kann unter Verwendung des Mechanismus 38 zum Justieren eines Winkels geändert werden. Der Mechanismus 38 zum Justieren eines Winkels ist beispielsweise aus einem Stellglied konfiguriert und kann unter der Kontrolle der Steuereinheit 6 angetrieben werden. Auch wird der zweite Temperaturjustiermechanismus 37 für den Etalonträger 313 bereitgestellt. Der zweite Temperaturjustiermechanismus 37 weist eine Konfiguration auf, die ähnlich wie die des ersten Temperaturjustiermechanismus 36 ist und kann beispielsweise aus einem Temperatursensor 371 und einer Vorrichtung 372 zum Justieren der Temperatur konfiguriert sein und kann die Temperatur des Etalons 34 mit der Steuereinheit 6 auf einen vorbestimmten Wert einstellen.
Der Resonator 3 kann beispielsweise auch eine Vorrichtung zum Justieren eines KTP-Winkels umfassen, die einen Winkel des KTP-Kristalls 33 in Bezug auf die optische Achse des Resonators 3 ändert.
Konfiguration des Lichtwellenleiters
Der Lichtwellenleiter 4 umfasst die Filter 41 und 42, die auf einer letzten Stufe des Lichtwegs des Resonators 3 angeordnet sind; eine Lambda-Halbe-Platte 43, die eine Polarisationsrichtung des Lichts, das durch die Filter 41 und 42 gegangen ist, justiert; und einen polarisierenden Strahlenteiler 44, der das Licht teilt, dessen Polarisationsrichtung durch die Lambda-Halbe-Platte 43 justiert wurde. Das Filter 41 dämpft das Anregungslicht (Licht, das aus dem Resonator 3 entweicht). Das Filter 42 ist derart angeordnet, dass es im Verhältnis zu der optischen Achse der Laserquellenvorrichtung 1 geneigt ist und das Grundwellenlicht (Licht, das aus dem Resonator 3 entweicht) reflektiert. Daher wird das Licht, das von dem Filter 42 reflektiert wird, in einer Richtung geleitet, die sich von der optischen Achse der Laserquellenvorrichtung 1 entfernt. Mit anderen Worten trifft das zweite harmonische Licht, das durch die Filter 41 und 42 geht und auf die Lambda-Halbe-Platte 43. Der polarisierende Strahlenteiler 44 umfasst eine polarisierende Trennfolie 44A. Von dem Licht, das von der Lambda-Halbe-Platte 43 emittiert wird und auf den polarisierenden Strahlenteiler 44 trifft, geht P-polarisiertes Licht durch die polarisierende Trennfolie 44A und S-polarisiertes Licht wird an der polarisierenden Trennfolie 44A reflektiert.
Der Lichtwellenleiter 4 umfasst zwei Strahlenteiler 45 und 46, die das S-polarisierte Licht teilen, das von dem polarisierenden Strahlenteiler 44 reflektiert wird; einen Intensitätsdetektor 47, der die optische Intensität des Lichts detektiert, das von jedem der Strahlenteiler 45 und 46 geteilt wird; und einen Wellenlängendetektor 48, der eine Wellenlänge und das Spektrum des Lichts detektiert, das von jedem der Strahlenteiler 45 und 46 geteilt wird. Jeder der Strahlenteiler 45 und 46 erfüllt die gleiche Aufgabe: das Reflektieren eines Teils des einfallenden Lichts jeweils mit einer Grenzfläche 45A oder 46A, und das Durchlassen eines anderen Teils des einfallenden Lichts. Das Licht, das durch den Strahlenteiler 46 geht, wird zur Außenseite der Laserquellenvorrichtung 1 emittiert und wird als Laserlicht bei der Längenmessung oder dergleichen verwendet.
Als Nächstes wird der Lichtweg in dem Lichtwellenleiter 4 beschrieben. Das S-polarisierte Licht, das von dem polarisierenden Strahlenteiler 44 reflektiert wird, trifft auf den Strahlenteiler 45. Von dem Licht, das auf den Strahlenteiler 45 trifft, trifft das Licht, das durch den Strahlenteiler 45 geht, auf den Intensitätsdetektor 47. Der Intensitätsdetektor 47 detektiert dann die optische Intensität des einfallenden Lichts und gibt ein Signal basierend auf der detektierten optischen Intensität an die Steuereinheit 6 aus.
Das Licht, das von dem Strahlenteiler 45 reflektiert wird, trifft auf den Strahlenteiler 46. Von dem Licht, das auf den Strahlenteiler 46 trifft, trifft das Licht, das von dem Strahlenteiler 46 reflektiert wird, auf den Wellenlängendetektor 48. Der Wellenlängendetektor 48 detektiert dann die Wellenlänge des einfallenden Lichts und gibt ein Signal basierend auf der detektierten Wellenlänge des Lichts an die Steuereinheit 6 aus. Das Licht, das durch den Strahlenteiler 46 geht, wird zur Außenseite der Laserquellenvorrichtung 1 emittiert. Beispiele des Wellenlängendetektors 48 können einen Detektor umfassen, der ein Beugungsgitter verwendet, oder einen Detektor, der ein Michelson-Interferometer verwendet. Für den Fall, dass der Detektor verwendet wird, der ein Beugungsgitter aufweist, ist eine Richtung, in der das Licht von dem Beugungsgitter reflektiert wird, gemäß der Wellenlänge des einfallenden Lichts unterschiedlich. Daher kann die Wellenlänge gemessen werden, indem eine Position und Menge des detektierten Lichts, das von dem Beugungsgitter reflektiert wird, gemessen werden. Alternativ werden mit dem Michelson-Interferometer die Wellenlänge von dem gemessenen Laserlicht und die Wellenlänge eines Referenzlaserlichts verglichen, um die Wellenlänge des gemessenen Laserlichts zu messen.
Konfiguration des Detektors von gesättigten Absorptionslinien
Der Detektor 5 von gesättigten Absorptionslinien ist ein optischer Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung und umfasst einen polarisierenden Strahlenteiler 51, auf den das P-polarisierte Licht trifft, das durch den polarisierenden Strahlenteiler 44 geht; eine Lambda-Viertel-Platte 52, auf die das Licht trifft, das durch den polarisierenden Strahlenteiler 51 geht; eine Jodzelle 53, (Absorptionszelle), die auf einer letzten Stufe eines Lichtwegs der Lambda-Viertel-Platte 52 angeordnet ist; einen reflektierenden Spiegel 54, der das Licht reflektiert, das durch die Jodzelle 53 geht; und einen Intensitätsdetektor 55 (optischen Detektor), der die optische Intensität von Licht detektiert, das von dem polarisierenden Strahlenteiler 51 reflektiert wird. Ein Mechanismus 531 zum Justieren der Temperatur einer Zelle (Vorrichtung zum Justieren der Temperatur einer Zelle), der aus einem Thermistor oder einer Temperaturjustiervorrichtung konfiguriert ist, ist an der Jodzelle 53 montiert. Durch das Justieren der Temperatur der Jodzelle 53 auf einen vorbestimmten Referenzwert werden die Absorptionslinien (Wellenlänge) von Jod auf einen gewünschten Wert eingestellt. Der polarisierende Strahlenteiler 51 umfasst eine polarisierende Trennfolie 51A und funktioniert ähnlich wie der polarisierende Strahlenteiler 44. Auch verzögert die Lambda-Viertel-Platte 52 eine Phase des einfallenden Lichts um 90°.
Als Nächstes wird der Lichtweg in dem Detektor 5 von gesättigten Absorptionslinien beschrieben. Das P-polarisierte Licht, das durch den polarisierenden Strahlenteiler 44 geht, geht durch den polarisierenden Strahlenteiler 51 und trifft über die Lambda-Viertel-Platte 52 auf die Jodzelle 53. Das Licht, das durch die Jodzelle 53 geht, wird durch den reflektierenden Spiegel 54 reflektiert; geht durch die Jodzelle 53 und die Lambda-Viertel-Platte 52; und trifft noch einmal auf den polarisierenden Strahlenteiler 51. Nun geht das Licht, das noch einmal auf den polarisierenden Strahlenteiler 51 trifft, zum zweiten Mal durch die Lambda-Viertel-Platte 52, und daher wird die Polarisationsrichtung um 90° gedreht und das Licht wird in Bezug auf die polarisierende Trennfolie 51A in S-polarisiertes Licht umgewandelt. Entsprechend wird das Licht, das noch einmal auf den polarisierenden Strahlenteiler 51 trifft, durch die polarisierende Trennfolie 51A reflektiert. Das Licht, das von dem polarisierenden Strahlenteiler 51 reflektiert wird, trifft auf den Intensitätsdetektor 55. Der Intensitätsdetektor 55 detektiert dann die optische Intensität des einfallenden Lichts und gibt ein Lichtausgangssignal basierend auf der detektierten optischen Intensität an die Steuereinheit 6 aus.
Konfiguration der Steuereinheit
2 ist ein Blockdiagramm, das die Steuereinheit 6 der vorliegenden Ausführungsform abbildet. Die Steuereinheit 6 umfasst einen Speicherabschnitt 61, der durch einen Speicher oder dergleichen konfiguriert ist, und einen Regler 62, der durch eine CPU (Zentraleinheit) oder dergleichen konfiguriert ist. Wie in 2 gezeigt, führt der Regler 62 durch Abrufen und Abarbeiten eines Programms, das in dem Speicherabschnitt 61 gespeichert ist, Vorgänge als Halbleiterlaser-Regler 621, als erster Temperaturregler 622, als zweiter Temperaturregler 623, als dritter Temperaturregler 624, als Etalonwinkel-Regler 625, als Piezoelement-Regler 626 und dergleichen aus.
Basierend auf Signalen, die von dem Intensitätsdetektor 47 und dem Intensitätsdetektor 55 ausgegeben werden, führt der Halbleiterlaser-Regler 621 die Regelung des elektrischen Stroms, der den Halbleiterlaser 21 ansteuert, und die Regelung des Mechanismus 24 zum Justieren der Temperatur der Lichtquelle aus, so dass die optische Intensität des zweiten harmonisches Lichts, das von dem Resonator 3 emittiert wird, konstant ist. Der erste Temperaturregler 622 detektiert die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 basierend auf einem Ausgangssignal, das von dem Temperatursensor 361 des ersten Temperaturjustiermechanismus 36 ausgegeben wird. Basierend auf den Ausgangssignalen, die von dem Intensitätsdetektor 47, dem Wellenlängendetektor 48 und dem Intensitätsdetektor 55 ausgegeben werden, gibt der erste Temperaturregler 622 auch ein Regelsignal an die Vorrichtung 362 zum Justieren der Temperatur des ersten Temperaturjustiermechanismus 36 aus und ändert oder hält die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33.
Der zweite Temperaturregler 623 detektiert die Temperatur des Etalons 34 basierend auf einem Ausgangssignal, das von dem Temperatursensor 371 des zweiten Temperaturjustiermechanismus 37 ausgegeben wird. Basierend auf Ausgangssignalen, die von dem Intensitätsdetektor 47, dem Wellenlängendetektor 48 und dem Intensitätsdetektor 55 ausgegeben werden, gibt der zweite Temperaturregler 623 auch ein Regelsignal an die Temperaturjustiervorrichtung 372 des zweiten Temperaturjustiermechanismus 37 aus und ändert oder hält die Temperatur des Etalons 34. Der dritte Temperaturregler 624 detektiert die Temperatur des Gehäuses 31 des Resonators 3 basierend auf einem Ausgangssignal, das von dem Temperatursensor 391 des dritten Temperaturjustiermechanismus 39 ausgegeben wird. Der dritte Temperaturregler 624 gibt auch ein Regelsignal an die Vorrichtung 392 zum Justieren der Temperatur des dritten Temperaturjustiermechanismus 39 aus und hält die Temperatur des Gehäuses 31 auf der Referenztemperatur.
Basierend auf Ausgangssignalen, die von dem Intensitätsdetektor 47, dem Wellenlängendetektor 48 und dem Intensitätsdetektor 55 ausgegeben werden, regelt der Etalonwinkel-Regler 625 den Mechanismus zum Justieren eines Winkels 38 und ändert den Winkel des Etalons 34 in Bezug auf die optische Achse des Resonators 3. Basierend auf Ausgangssignalen, die von dem Intensitätsdetektor 47, dem Wellenlängendetektor 48 und dem Intensitätsdetektor 55 ausgegeben werden, regelt der Piezoelement-Regler 626 die Spannung für das Piezoelement 351 und ändert die Position des Resonatorspiegels 35.
Laserjustierverfahren der Laserquellenvorrichtung
Als Nächstes wird ein Laserjustierprozess der Laserquellenvorrichtung 1 beschrieben. 3 ist ein Ablaufschema, das den Laserjustierprozess abbildet. Für den Fall, dass die Laserquellenvorrichtung 1 verwendet wird, wird der Laserjustierprozess durchgeführt, um bei einer hohen optischen Intensität Laserlicht, das eine gewünschte Wellenlänge aufweist, auszugeben. Die gewünschte Wellenlänge kann als eine Wellenlänge definiert sein, die eine stabile Detektion der gesättigten Absorptionslinien von Jod ermöglicht. Insbesondere regelt die Steuereinheit 6 zuerst den dritten Temperaturjustiermechanismus 39, stellt die Temperatur des Gehäuses 31 des Resonators 3 auf die vorbestimmte Referenztemperatur (beispielsweise 20°C) ein und hält diese Temperatur (Schritt S1). In Schritt S1 werden die Temperaturbedingungen des Gehäuses 31 einheitlich gemacht.
Als Nächstes regelt der Halbleiterlaser-Regler 621 der Steuereinheit 6 den elektrischen Strom, der zu dem Halbleiterlaser 21 fließt, und die Temperatur und bewirkt, dass Anregungslicht emittiert wird (Schritt S2). Wenn das Anregungslicht von dem Halbleiterlaser 21 auf den Nd:YVO₄-Kristall 32 trifft, wird das Grundwellenlicht angeregt und emittiert, und die Wellenlänge des Grundwellenlichts wird durch den KTP-Kristall 33 umgewandelt, um das zweite harmonische Licht zu sein. In Schritt S1 werden der elektrische Strom, der zu dem Halbleiterlaser 21 fließt, und die Temperatur derart geregelt, dass sie das Ausgangssignal maximieren, das von dem Intensitätsdetektor 47 ausgegeben wird (d. h. um die optische Intensität des zweiten harmonischen Lichts zu optimieren). Entsprechend wird Anregungslicht, das die optimale Wellenlänge aufweist, von dem Halbleiterlaser 21 emittiert.
Als Nächstes regelt der erste Temperaturregler 622 den ersten Temperaturjustiermechanismus 36 und justiert die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 (Schritt S3: erster Justierschritt oder erster Justierprozess). Insbesondere justiert der erste Temperaturregler 622 die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 derart, dass die gesättigten Absorptionslinien von Jod (basierend auf dem Ausgangssignal von dem Intensitätsdetektor 55) und die Wellenlänge, die von dem Wellenlängendetektor 48 detektiert wird, (Spitzen-Wellenlänge im Spektrum) übereinstimmen, und so dass die optische Intensität, die durch den Intensitätsdetektor 47 detektiert wird, maximiert wird. In Schritt S3 wird die Wellenlänge des Laserlichts, das von dem Nd:YVO₄-Kristall 32 und dem KTP-Kristall 33 (zweites harmonisches Licht) emittiert wird, stabilisiert. Ebenfalls in Schritt S1 wird die Temperatur des Gehäuses 31 des Resonators 3 auf die Referenztemperatur eingestellt, und diese Temperatur wird auch in Schritt S3 gehalten. Entsprechend ändert sich die Temperatur des Gehäuses 31 nicht, selbst wenn die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 durch Schritt S3 geändert werden.
Als Nächstes werden der Winkel und die Temperatur des Etalons 34 justiert (Schritt S4: zweiter Justierschritt oder zweiter Justierprozess). In Schritt S4 wird der Mechanismus 38 zum Justieren eines Winkels durch den Etalonwinkel-Regler 625 geregelt, um den Winkel des Etalons 34 zu justieren, und der zweite Temperaturjustiermechanismus 37 wird von dem zweiten Temperaturregler 623 geregelt, um die Temperatur des Etalons 34 zu justieren. Insbesondere regeln der Etalonwinkel-Regler 625 und der zweite Temperaturregler 623 den Winkel und die Temperatur des Etalons 34, so dass ein Differenzwert zwischen der Wellenlänge der gesättigten Absorptionslinien von Jod (basierend auf dem Ausgangssignal aus dem Intensitätsdetektor 55) und der Wellenlänge, die durch den die Wellenlängendetektor 48 detektiert wird (Spitzen-Übertragungswellenlänge des Etalons 34), innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegt, und so dass die optische Intensität, die durch den Intensitätsdetektor 47 detektiert wird, mindestens die optische Intensität für die Wellenlänge der gesättigten Absorptionslinien von Jod ist, die durch den Intensitätsdetektor 55 detektiert wird. Nun wird die Spannung, die an das Piezoelement 351 angelegt wird, durch den Piezoelement-Regler 626 geregelt, und die Hohlraumlänge wird abgetastet (Abtasten der Wellenlänge), und der Winkel des Etalons 34 wird derart eingestellt, dass die gewünschte Wellenlänge in der Mitte eines Abtastbereichs der Wellenlänge liegt. In Schritt S4 wird durch das Ändern des Winkels des Etalons 34 die Länge des Lichtwegs des Lichts, das durch das Innere des Etalons 34 geht, geändert, und durch das Ändern der Temperatur des Etalons 34 wird die Länge des Lichtwegs auf Grund der Wärmeausdehnung des Etalons 34 (Schwankung des Abstands zwischen den Spiegeln) geändert. Entsprechend ändert sich die Spitzen-Übertragungswellenlänge des Lichts, das durch den Etalon 34 geht.
Wie zuvor angemerkt, wird in Schritt S1 die Temperatur des Gehäuses 31 auf der Referenztemperatur gehalten. Daher wird selbst wenn sich die Temperatur des Etalons 34 in Schritt S4 ändert, die Temperatur des Gehäuses 31 auf der Referenztemperatur gehalten. Auch wenn die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 in Schritt S3 eingestellt werden, detektiert der erste Temperaturregler 622 die Temperaturen mit dem Temperatursensor 361 und speichert die Temperaturen in dem Speicherabschnitt 61 und regelt den ersten Temperaturjustiermechanismus 36, um die Temperaturen zu halten. Entsprechend gibt es, selbst wenn sich die Temperatur des Etalons 34 in Schritt S4 ändert, keine Temperaturänderung in dem Nd:YVO₄-Kristall 32 und dem KTP-Kristall 33. Nach dem Vorstehenden ist der Laserjustierprozess beendet.
Vorteil der vorliegenden Ausführungsform
Die Laserquellenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Lichtquelle 2 und den Resonator 3. Die Lichtquelle 2 umfasst den Halbleiterlaser 21, der Anregungslicht emittiert. Der Resonator 3 nimmt den Nd:YVO₄-Kristall 32, der Anregungslicht empfängt und Grundwellenlicht generiert; den KTP-Kristall 33, der das Grundwellenlicht in zweites harmonisches Licht umwandelt, das die gewünschte Wellenlänge aufweist; den Etalon 34, der Licht, das die vorbestimmte Wellenlänge aufweist, durchlässt; das Gehäuse 31, das den Nd:YVO₄-Kristall 32, den KTP-Kristall 33 und den Etalon 34 im Innern des Gehäuses 31 aufnimmt; den ersten Temperaturjustiermechanismus 36, der die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 regelt; und den zweiten Temperaturjustiermechanismus 37, der die Temperatur des Etalons 34 regelt, auf. Auch wird bei einem beispielhaften Laserjustierverfahren der Laserquellenvorrichtung 1, welche die obige Konfiguration aufweist, der erste Justierschritt abgearbeitet, und basierend auf den Detektionsergebnissen, die durch die Intensitätsdetektoren 47 und 55 und den Wellenlängendetektor 48 detektiert werden, werden die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 optimiert, wonach der zweite Justierschritt abgearbeitet wird und die Temperatur des Etalons 34 optimiert wird. Mit anderen Worten tritt zuerst der erste Temperaturregler 622 der Steuereinheit 6 in einen Zustand ein, in dem der Nd:YVO₄-Kristall 32 und der KTP-Kristall 33 günstigerweise Laserlicht ausgeben, das die gewünschte Wellenlänge aufweist, und dieser Zustand wird gehalten. Dann nimmt der zweite Temperaturregler 623 Justierungen vor, so dass das Licht, das die gewünschte Wellenlänge aufweist, durch den Etalon 34 als Spitzen-Übertragungswellenlänge geht. Wenn bei diesem Laserjustierverfahren die Temperatur des Etalons 34 justiert wird, sind die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 nicht betroffen. Ungünstige Situationen, in denen die Wellenlänge und die Intensität des Laserlichts auf Grund von Temperaturänderungen unstabil werden, können daher unterbunden werden, und eine hohe Ausbeute des Laserlichts, das die gewünschte Wellenlänge aufweist, kann erreicht werden.
Bei der obigen Ausführungsform wird der Schritt S1 vor dem ersten Justierschritt und dem zweiten Justierschritt abgearbeitet, und der dritte Temperaturregler 624 regelt den dritten Temperaturjustiermechanismus 39, die Temperatur des Gehäuses 31 des Resonators 3 wird auf die vordefinierte Referenztemperatur eingestellt, und diese Temperatur wird gehalten. Daher werden der erste Justierschritt und der zweite Justierschritt in einem Zustand ausgeführt, in dem die Temperaturbedingungen während der Abarbeitung eines Prozesses zum Stabilisieren der Wellenlänge an dem Laserlicht einheitlich sind. Daher kann selbst für den Fall, dass sich die Temperatur des Umfelds um die Laserquellenvorrichtung 1 herum auf Grund eines Nutzungsumfelds oder dergleichen ändert, eine Wirkung der Temperaturänderung reduziert werden, und Laserlicht, das eine stabilisierte Wellenlänge und Intensität aufweist, kann ausgegeben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Gehäuse 31, der Laserelementträger 312 und der Etalonträger 313 aus einem Material konfiguriert, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 170 W/mK aufweist, und sind genauer gesagt aus Berylliumkupfer konfiguriert. Durch die Verwendung eines derartigen Gehäuses 31 kann die Temperatur des Resonators 3 schnell einheitlich gemacht werden, und Laserlicht, das auf der gewünschten Wellenlänge stabilisiert ist, kann schnell ausgegeben werden. Zudem verbreitet sich die Temperaturregelung durch den dritten Temperaturjustiermechanismus 39 schnell durch das ganze Gehäuse 31 und die Träger (Laserelementträger 312 und Etalonträger 313), und daher ist selbst für den Fall, dass sich die Temperatur in dem Umfeld um den Resonator 3 herum ändert, die vorliegende Ausführungsform in der Lage, sich schnell anzupassen, und die Temperatur des Resonators 3 kann mit hoher Genauigkeit einheitlich gemacht werden.

Die nachstehende Tabelle 1 stellt eine Tabelle bereit, die den linearen Ausdehnungskoeffizienten, die zulässige Temperaturdifferenz des Resonators und die zulässige Dimensionsabweichung der Hohlraumlänge für den Resonator 3 der vorliegenden Ausführungsform, der das Gehäuse 31 aufweist, das aus Berylliumkupfer konfiguriert ist, und für einen herkömmlichen Resonator, der ein Gehäuse aufweist, das aus einem Material mit geringer Ausdehnung konfiguriert ist, vergleicht. Tabelle 1

Material des Resonatorgehäuses	Linearer Ausdehnungskoeffizient (K^–1)	Hohlraumlänge (μm)	Zulässige Temperaturdifferenz des Resonatorabschnitts (°C)	Zulässige Dimensionsabweichung der Hohlraumlänge (μm)
Material mit geringer Ausdehnung	3,00E-06	45000	1,48	0,1998
Berylliumkupfer	1,70E-05	45000	0,26	0,1989

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Gehäuse 31, das mit Berylliumkupfer konfiguriert ist, anstelle des herkömmlicherweise verwendeten Gehäuses, das mit einem Material mit geringer Ausdehnung konfiguriert ist, verwendet. Wie in Tabelle 1 gezeigt, weist Berylliumkupfer einen größeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als das herkömmliche Material mit geringer Ausdehnung auf und erfährt auf Grund von Temperaturänderungen eine größere Änderung der Hohlraumlänge. Daher wird herkömmlicherweise, damit die Hohlraumlänge innerhalb der zulässigen Dimensionsabweichung liegt, die zulässige Temperaturdifferenz des Resonators auf 1,48°C eingestellt, wie in Tabelle 1 gezeigt. Dagegen wird die zulässige Temperaturdifferenz bei der vorliegenden Ausführungsform auf 0,26°C eingestellt. Wenn die Temperatur des Resonators 3 in einem Bereich innerhalb der zulässigen Temperaturdifferenz gegenüber der Referenztemperatur liegt, liegt die Hohlraumlänge innerhalb der zulässigen Dimensionsabweichung, und die Auswirkungen auf die Wellenlänge und die Ausbeute des Laserlichts liegen in einem zulässigen Bereich. Die vorliegende Ausführungsform schränkt die zulässige Temperaturdifferenz stärker als das herkömmliche Beispiel ein. Da jedoch die Wärmeleitfähigkeit von Berylliumkupfer hoch ist (bei einem herkömmlichen Material mit geringer Ausdehnung, 10 bis 15 W/mK), kann die Temperaturregelung durch den dritten Temperaturjustiermechanismus 39 schnell und mit hoher Genauigkeit erfolgen, wie zuvor beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Jodzelle 53 verwendet, und durch das Ausführen einer Wellenlängenstabilisierung der gesättigten Absorptionslinien von Jod ist die Wellenlänge des Laserlichts in hohem Maße stabilisiert. Bei einem derartigen Verfahren zum Stabilisieren der Wellenlänge, das die Jodzelle 53 verwendet, können gesättigte Absorptionslinien in einer spezifischen Wellenlängenregion erzielt werden. Entsprechend muss in der Wellenlängenregion, in der die gewünschten gesättigten Absorptionslinien erzielt werden, das Laserlicht, das in einen Monomodus umgewandelt wurde, mit einer ausreichend hohen optischen Intensität in Schwingung versetzt werden. Dagegen wird bei dem Laserjustierverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform und wie zuvor beschrieben eine Wellenlänge, die eine stabile Detektion der gesättigten Absorptionslinien von Jod ermöglicht, als gewünschte Wellenlänge definiert. Entsprechend können die gewünschten gesättigten Absorptionslinien aus dem Lichtausgangssignal, das durch den Intensitätsdetektor 55 detektiert wird, stabil detektiert werden, und basierend auf diesen gesättigten Absorptionslinien kann die Wellenlänge des Laserlichts in hohem Maße stabilisiert werden.
Variante
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform eingeschränkt und umfasst Änderungen und Verbesserungen in einem Umfang, der die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreichen kann. Beispielsweise werden bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform in dem zweiten Justierschritt die Temperatur und der Winkel des Etalons 34 justiert. Der Winkel des Etalons 34 kann jedoch zuerst justiert werden, wonach die Temperatur des Etalons 34 justiert werden kann. Die Wellenlängenverschiebung auf Grund einer Änderung des Winkels des Etalons 34 ist größer als die Wellenlängenverschiebung auf Grund einer Änderung der Temperatur des Etalons 34. Daher werden bei dem zuvor beschriebenen Justierverfahren grobe Justierungen vorgenommen und dann werden feine Justierungen vorgenommen, und der Winkel und die Temperatur des Etalons 34 können beide schnell und mit einem günstigen Ausmaß an Genauigkeit justiert werden.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird eine beispielhafte Konfiguration angegeben, bei der die Temperatur des gesamten Resonators 3 durch den dritten Temperaturjustiermechanismus 39 gehalten wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise für den Fall, dass die Laserquellenvorrichtung 1 in einem Nutzungsumfeld verwendet wird, in dem die Umgebungstemperatur konstant gehalten wird, kann der dritte Temperaturjustiermechanismus 39 entfallen. Auch kann in einem derartigen Fall das Gehäuse 31 aus einem Material konfiguriert sein, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und eine Auswirkung auf die Temperaturen des Nd:YVO₄-Kristalls 32 und des KTP-Kristalls 33 während der Temperaturjustierung des Etalons 34 kann reduziert werden.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird ein Beispiel angegeben, bei dem der Prozess zum Stabilisieren von Laserlicht durch das Verwenden der Jodzelle 53 (Absorptionszelle) und das Detektieren der gesättigten Absorptionslinien und durch das Abgleichen der Wellenlänge des zweiten harmonischen Lichts mit der Wellenlänge der gesättigten Absorptionslinien erfolgt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise ist auch eine Konfiguration möglich, bei der keine Absorptionszelle bereitgestellt wird und die Wellenlänge des Laserlichts nur basierend auf der Wellenlänge, die durch den Wellenlängendetektor 48 detektiert wird, auf die gewünschte Wellenlänge justiert wird.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird ein Beispiel angegeben, bei dem das Gehäuse 31, der Laserelementträger 312 und der Etalonträger 313 jeweils aus Berylliumkupfer konfiguriert sind. Es ist jedoch auch eine Konfiguration möglich, bei der nur ein äußerer Abschnitt des Gehäuses 31 aus Berylliumkupfer konfiguriert ist, während der Laserelementträger 312 und der Etalonträger 313 aus einem beliebigen anderen Material konfiguriert sind (beispielsweise aus einem Material, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie etwa Keramik).
Auch wird bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine beispielhafte Konfiguration angegeben, bei der die Wellenlänge des emittierten Laserlichts durch den Wellenlängendetektor 48 detektiert wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt, und es ist auch eine Konfiguration möglich, bei der beispielsweise die Wellenlänge des Laserlichts nur unter Verwendung der Detektion der gesättigten Absorptionslinien von Jod detektiert wird, die durch den Detektor 5 von gesättigten Absorptionslinien detektiert werden.
Andere spezifische Strukturen in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können je nach Bedarf auf alternative Strukturen geändert werden, solange der Vorteil der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann in einer Laserquellenvorrichtung verwendet werden, die eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht emittiert, und einen Resonator, der Laserlicht generiert, das durch das Anregungslicht generiert wird, umfasst.
Es sei zu beachten, dass die vorstehenden Beispiele nur zum Zweck der Erläuterung bereitgestellt wurden und keineswegs als die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Wortlaut, der hier verwendet wurde, beschreibend und erläuternd statt einschränkend ist. Es können Änderungen im Bereich der beiliegenden Ansprüche vorgenommen werden, wie vorliegend angegeben und geändert, ohne Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten zu verlassen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht dazu gedacht, auf die hier offenbarten Einzelheiten eingeschränkt zu sein; vielmehr deckt die vorliegende Erfindung alle funktionsmäßig äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendungen ab, die im Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, und diverse Variationen und Modifikationen können möglich sein, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-123688 [0001]
JP 3509598 [0003, 0004, 0005, 0010]
JP 2011-249400 [0003, 0004, 0005, 0010]

Claims

Laserjustierverfahren in einer Laserquellenvorrichtung, umfassend eine Anregungslichtquelle, die Anregungslicht emittiert; ein Lasermedium, welches das Anregungslicht empfängt und Grundwellenlicht generiert; einen nicht linearen optischen Kristall, der das Grundwellenlicht in harmonisches Licht umwandelt, das eine gewünschte Wellenlänge aufweist; einen Etalon, der Licht einer vorbestimmten Wellenlänge durchlässt; ein Resonatorgehäuse, welches das Lasermedium, den nicht linearen optischen Kristall und den Etalon im Innern des Resonatorgehäuses aufnimmt; eine erste Temperaturjustiervorrichtung, welche die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls regelt; und eine zweite Temperaturjustiervorrichtung, die eine Temperatur des Etalons regelt, wobei das Laserjustierverfahren umfasst: einen ersten Justierprozess, der folgende Schritte umfasst: Detektieren, unter Verwendung eines Lichtdetektors, der optischen Intensität und Wellenlänge des harmonischen Lichts, und Justieren, unter Verwendung der ersten Temperaturjustiervorrichtung, der Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls, so dass sich die detektierte Wellenlänge des harmonischen Lichts einer gewünschten Wellenlänge nähert, und so dass die optische Intensität des harmonischen Lichts mindestens einen vorbestimmten Wert erreicht; und einen zweiten Justierprozess, der folgende Schritte umfasst: Detektieren, nach dem ersten Justierprozess und unter Verwendung des Lichtdetektors, der optischen Intensität und Wellenlänge des harmonischen Lichts, und Justieren, unter Verwendung der zweiten Temperaturjustiervorrichtung, der Temperatur des Etalons, so dass sich die detektierte Wellenlänge des harmonischen Lichts der gewünschten Wellenlänge nähert, und so dass die optische Intensität des harmonischen Lichts mindestens einen vorbestimmten Wert erreicht.
Laserjustierverfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserquellenvorrichtung ferner eine dritte Temperaturjustiervorrichtung umfasst, die eine Temperatur des Resonatorgehäuses regelt, wobei das Laserjustierverfahren ferner das Halten, unter Verwendung der dritten Temperaturjustiervorrichtung, der Temperatur des Resonatorgehäuses auf einer vordefinierten Referenztemperatur umfasst.
Laserjustierverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtdetektor umfasst: eine Absorptionszelle, die das harmonische Licht, das von dem Resonatorgehäuse emittiert wird, empfängt, und die Licht, das eine vorbestimmte Wellenlänge aufweist, absorbiert; und einen Detektor, der das harmonische Licht, das durch die Absorptionszelle geht, empfängt und ein Ausgangssignal ausgibt, wobei der erste Justierprozess und der zweite Justierprozess jeweils die erste Temperaturjustiervorrichtung und die zweite Temperaturjustiervorrichtung umfassen, so dass eine Wellenlänge von gesättigten Absorptionslinien der Absorptionszelle basierend auf dem Ausgangssignal von dem Detektor mit der Wellenlänge des harmonischen Lichts übereinstimmt.
Laserquellenvorrichtung, umfassend: eine Anregungslichtquelle, die konfiguriert ist, um Anregungslicht zu emittieren; ein Lasermedium, das konfiguriert ist, um das Anregungslicht zu empfangen und Grundwellenlicht zu generieren; einen nicht linearen optischen Kristall, der konfiguriert ist, um das Grundwellenlicht in harmonisches Licht umzuwandeln, das eine vorbestimmte Wellenlänge aufweist; einen Etalon, der konfiguriert ist, um Licht einer vorbestimmten Wellenlänge durch diesen hindurch zu lassen; ein Resonatorgehäuse, das konfiguriert ist, um das Lasermedium, den nicht linearen optischen Kristall und den Etalon im Innern des Resonatorgehäuses aufzunehmen; eine erste Temperaturjustiervorrichtung, die konfiguriert ist, um die Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls zu regeln; und eine zweite Temperaturjustiervorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Temperatur des Etalons zu regeln.
Laserquellenvorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Regler, der konfiguriert ist, um die Ausbeute des harmonischen Lichts zu stabilisieren, wobei basierend auf den Detektionsergebnissen von einem Lichtdetektor, der die Wellenlänge und die optische Intensität des harmonischen Lichts, das von dem Resonatorgehäuse emittiert werden, detektiert, der Regler die erste Temperaturjustiervorrichtung und die zweite Temperaturjustiervorrichtung regelt, so dass sich die detektierte Wellenlänge des harmonischen Lichts der vorbestimmten Wellenlänge nähert, und so dass die detektierte optische Intensität des harmonischen Lichts mindestens gleich einem vorbestimmten Wert ist, und der Regler eine Temperaturjustierung in der Reihenfolge des Justierens der Temperaturen des Lasermediums und des nicht linearen optischen Kristalls und dann der Temperatur des Etalons ausführt.
Laserquellenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend eine dritte Temperaturjustiervorrichtung, die eine Temperatur des Resonatorgehäuses regelt, wobei der Regler die dritte Temperaturjustiervorrichtung regelt und die Temperatur des Resonatorgehäuses auf einer vordefinierten Referenztemperatur hält.
Laserquellenvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei: das Resonatorgehäuse ferner Träger umfasst, die konfiguriert sind, um jeweils das Lasermedium, den nicht linearen optischen Kristall und den Etalon zu tragen, und das Resonatorgehäuse und jeder der Träger aus einem Material, das eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 170 W/mK aufweist, aufgebaut sind.
Laserquellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Resonatorgehäuse und jeder der Träger aus Berylliumkupfer aufgebaut sind.