JP2000091669A - 色素レーザ発振方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、正確なビート信号スペクトラムの強
度を測定できて、レーザ光の発振周波数近傍に含まれる
ＡＳＥの発生周波数及び強度を計測する。 【解決手段】レーザ光をＡＯ変調器２に透過させて発生
する０次光と高次数光とを重ね合わせてレーザ光のヘテ
ロダイン検波を行い、レーザ光とレーザ光に含まれるＡ
ＳＥによるビート信号を検波し、そのスペクトラムを分
析評価する場合、２つの反射ミラー１０，１１を配置し
てレーザ光をＡＯ変調器２に数回透過させて変調周波数
を高くし、この高次数光を０次光に重ね合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばヘンシュ型
色素レーザ発振装置に関わり、特にこの色素レーザ発振
装置から出力されたレーザ光を光音響光学素子（以下、
ＡＯ変調器と称する）に透過させて発生する０次光と高
次数光とを重ね合わせてレーザ光のヘテロダイン検波を
行い、レーザ光とレーザ光に含まれる自然放出光（以
下、ＡＳＥと称する）によるビート信号を検波し、その
スペクトラムを分析評価する色素レーザ発振方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４はアルゴンレーザ励起などのＣＷ
発振の色素レーザ発振装置の構成図である。レーザ発振
器１から出力されるレーザ光Ｑの光路上には、ＡＯ変調
器２、各光軸調整ミラー３，４、集光ミラー５、光検出
器６及びスペクトルアナライザ７が配置されている。

【０００３】このような構成であれば、レーザ発振器１
からレーザ光Ｑが出力されると、このレーザ光ＱはＡＯ
変調器２を透過することで周波数変調を受け、幾つかの
次数の光すなわち０次光Ｑ₀ と高次数光Ｑ_n とが生じ
る。

【０００４】これら０次光Ｑ₀ と高次数光Ｑ_n とのうち
０次光Ｑ₀ は光軸調整ミラー３に入射し、高次数光Ｑ_n
は光軸調整ミラー４で反射して光軸調整ミラー３に入射
することで、これら０次光Ｑ₀ と高次数光Ｑ_n とは同軸
上に重ね合わされ、集光レンズ５を通して光検出器６に
入射する。

【０００５】この際、光検出器６は、図１５に示すよう
にヘテロダイン検波法の原理により得られる０次光（ω
₀ ）と高次数光（ω₁ ）とにより発生したレーザ光ビー
ト信号（ω₀ −ω₁ ）と、０次光（ω₀ ）とこの０次光
に含まれるＡＳＥ（ω_ASE0）とにより発生したビート信
号（ω₀ −ω_ASE0）とを検出してスペクトルアナライザ
７に送る。

【０００６】このスペクトルアナライザ７は、光検出器
６からのレーザ光ビート信号（ω₀−ω₁ ）とビート信
号（ω₀ −ω_ASE0）とを入力し、これら信号を周波数分
析することで、レーザ光Ｑの発振周波数近傍に含まれる
ＡＳＥの発生周波数及びレーザ光Ｑに対する強度を計測
する。

【０００７】このとき、０次光に含まれるＡＳＥ（ω
_ASE0）と高次数光に含まれるＡＳＥ（ω_ASE1）とによる
ビート信号（ω_ASE0−ω_ASE1）が上記レーザ光ビート信
号（ω₀ −ω₁ ）と同じ周波数位置（ＡＯ変調器２の変
調周波数で決まる）に発生するが、ビート信号（ω_ASE0
−ω_ASE1）は強度がレーザ光ビート信号（ω₀ −ω₁ ）
に比べて１０^-6以下と十分に小さくので無視することが
できる。

【０００８】又、０次光（ω₀ ）と０次光に含まれるＡ
ＳＥ（ω_ASE0）とにより発生したビート信号（ω₀ −ω
_ASE0）には、高次数光（ω₁ ）と高次数光に含まれるＡ
ＳＥ（ω_ASE1）とにより発生したビート信号（ω₁ −ω
_ASE1）が同じ周波数位置に発生するので、その強度は
（ω₀ −ω_ASE0）と（ω₁ −ω_ASE1）との足し合わせと
なって計測されるが、両者の足し合わせの値を用いて
も、たかだか２倍に満たさないため、ＡＳＥ強度につい
て対数的な割合を評価する上では問題とならない。

【０００９】計測の原理は、ラジオのヘテロダイン検波
法と全く同じであり、２つの発振周波数の異なるレーザ
光を光検出器６上で重ね合わせて入射すると、２つの周
波数のビート信号が得られる。

【００１０】元のそれぞれの周波数の電場を以下のよう
に表すと、 Ｕ₀ exp （-i（ω₀ ｔ＋φ₀ ））＋ｃ．ｃ …(1) Ｕ₁ exp （-i（ω₁ ｔ＋φ₁ ））＋ｃ．ｃ …(2) となり、光検出器６上での光強度Ｉは次の通りに表され
る。

【００１１】 Ｉ＝Ｕ₀ ² ＋Ｕ₁ ² ＋２Ｕ₀ ・Ｕ₁ cos ((ω₀ −ω₁ ) ｔ＋φ₀ −φ₁ ) …(3) これによりω₀ −ω₁ のビート信号が得られる。これを
電気的なスペクトルアナライザ７により分析すると、周
波数分布が測定できる。

【００１２】なお、ω₀ −ω₁ の周波数値は、ＡＯ変調
器２の変調周波数と重ね合わせに用いるレーザ光の次数
によって決まる。ＡＯ変調器２の変調周波数をｆ_AO［Ｈ
ｚ］、重ね合わせに用いるレーザ光の次数をｎ［次］と
すると、ビート信号の発生周波数ｆ_BEAT［Ｈｚ］は以下
のようになる。 ｆ_BEAT＝ｆ_AO・ｎ …(4)

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上の技術を上記アル
ゴンレーザ励起などのＣＷ発振の色素レーザ発振装置に
適用するのでなく、例えば銅蒸気レーザ励起などのパル
ス発振の色素レーザ発振装置に適用すると、そのパルス
の持つ時間変化が周波数としてフーリエ変換されるた
め、色素レーザ自身のビート信号（セルフビート）が発
生する。

【００１４】このセルフビートは、色素レーザ発振装置
のパルス幅が〜５０nsec程度である場合、スペクトルア
ナライザ７で観察すると、ＤＣ〜４００ＭＨｚ程度の範
囲まで裾をひいて発生することが実験的に分かってい
る。

【００１５】このため、上記装置のようにＡＯ変調器２
で変調された高次数光と０次数光とを重ね合わせる方式
では、図１６に示すようにＡＯ変調器２によって得られ
る変調周波数の限界が２００ＭＨｚ程度であるため、変
調周波数２００ＭＨｚのＡＯ変調器２を用い、高次数光
として１次光を用いると、ＤＣから２００ＭＨｚ離れた
位置に発生する０次数光と高次数光（ω₀ −ω₁ ）のビ
ート信号が、ＤＣ〜４００ＭＨｚ程度の範囲まで裾をひ
いて発生するセルフビートと重なるため、高次数光（ω
₀ −ω₁ ）の正確なビート信号強度が測定できなくな
る。

【００１６】ＡＯ変調器２は、音響光学効果という光学
媒体に超音波を印加すると屈折率が変化する光弾性効果
を利用したもので、屈折率の周期変動が回折格子の働き
をとして、光学媒体を通過する光の信号方向、光量、周
波数を変化させる働きを持っている。

【００１７】回折現象のうちブラック回折を利用したも
のにおいて得られる変調周波数ｆは、光の入射角度を
θ、光の波長をλ、媒体音速すなわちＡＯ変調器２に使
用する結晶出の音速をＶとすると、 ｆ＝Ｖθ／λ …(5) により表される。

【００１８】この変調周波数ｆを表す式(5) から光の波
長λはレーザ光の使用条件であり、又光の入射角度θに
ついて用いるレーザ光の波長によって回折効率が最大と
なる最適値が決まってくるため、これらを一定とする
と、変調周波数ｆは、媒体音速Ｖに大きく依存すること
になる。

【００１９】ＡＯ変調器２に使用される結晶によって幾
つかの媒体音速があるが、それぞれの媒体音速には、例
えば３０００〜４０００ｍ／sec で大きな差はないこと
から、例えばレーザ光の波長λを６３２ｎｍ、入射角度
の最適値θを３５ｍｒａｄとし、上記式(5) から変調周
波数ｆを求めると、媒体音速が３０００ｍ／sec の場合
は〜１７０ＭＨｚ、４０００ｍ／sec の場合は〜２２０
ＭＨｚ程度の値となり、結果として変調周波数ｆは、〜
２００ＭＨｚ程度が限界となる。

【００２０】そこで本発明は、正確なビート信号スペク
トラムの強度を測定できて、レーザ光の発振周波数近傍
に含まれるＡＳＥの発生周波数及び強度を計測できる色
素レーザ発振方法及びその装置を提供することを目的と
する。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、レー
ザ光を光音響光学素子に透過させて発生する０次光と高
次数光とを重ね合わせてレーザ光のヘテロダイン検波を
行い、レーザ光とレーザ光に含まれる自然放出光による
ビート信号を検波し、そのスペクトラムを分析評価する
色素レーザ発振方法において、レーザ光を光音響光学素
子に数回透過させて変調周波数を高くし、この後に０次
光に重ね合わせる色素レーザ発振方法である。

【００２２】請求項２によれば、レーザ光を光音響光学
素子に透過させて発生する０次光と高次数光とを重ね合
わせてレーザ光のヘテロダイン検波を行い、レーザ光と
レーザ光に含まれる自然放出光によるビート信号を検波
し、そのスペクトラムを分析評価する色素レーザ発振装
置において、レーザ光を光音響光学素子に数回透過させ
て変調周波数を高くする反射ミラーを備え、光音響光学
素子を数回透過したレーザ光を０次光に重ね合わせる色
素レーザ発振装置である。

【００２３】

【発明の実施の形態】(1) 以下、本発明の第１の実施の
形態について図面を参照して説明する。なお、図１４と
同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略す
る。図１はヘンシュ型（パルス発振）色素レーザ発振装
置の構成図である。

【００２４】パルスレーザ発振器１ａから出力されるパ
ルスレーザ光Ｑ_p の光路上には、ＡＯ変調器２が配置さ
れている。このＡＯ変調器２にレーザ光を数回透過させ
て変調周波数を高くするために、ＡＯ変調器２の入射側
及び出射側には、それぞれ反射ミラー１０，１１が配置
されている。このうち反射ミラー１０はＡＯ変調器２か
ら出射される高次数光、仮に１次光の出射方向に配置さ
れ、反射ミラー１１はＡＯ変調器２から出射される高次
数光、仮に２次光の出射方向に配置されている。

【００２５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。パルスレーザ発振器１ａからレーザ光Ｑ
_p が出力されると、このレーザ光Ｑ_pはＡＯ変調器２を
透過することで周波数変調を受け、幾つかの次数の光す
なわち０次光Ｑ₀ と高次数光Ｑ_n とが生じる。

【００２６】これら０次光Ｑ₀ と高次数光Ｑ_n とのうち
０次光Ｑ₀ は、反射ミラー１０で反射して再度ＡＯ変調
器２に入射し、このＡＯ変調器２を透過することにより
さらに周波数変調される。仮にＡＯ変調器２の透過次数
を１次とすると、結果として２次の次数に相当する周波
数変調された光Ｑ_n2が得られる。

【００２７】この光Ｑ_n2は、さらに反射ミラー１１によ
って反射して再度ＡＯ変調器２に入射し、このＡＯ変調
器２を透過することにより再度周波数変調される。仮に
ＡＯ変調器２の透過次数を２次とすると、結果として３
次の次数に相当する周波数変調された光Ｑ_n3が得られ
る。

【００２８】このような周波数変調であれば、例えば１
次の変調周波数を２００ＭＨｚとすると、最終的に６０
０ＭＨｚの変調周波数が得られる。この周波数変調され
た高次数光Ｑ_n （仮に３次の次数に相当する光Ｑ_n3）
は、光軸調整ミラー４で反射して光軸調整ミラー３に入
射する。この光軸調整ミラー３には、０次光Ｑ₀ が入射
しているので、これら０次光Ｑ₀ と高次数光Ｑ_n とは同
軸上に重ね合わされ、集光レンズ５を通して光検出器６
に入射する。

【００２９】この際、光検出器６は、上記同様に、ヘテ
ロダイン検波法の原理により得られる０次光（ω₀ ）と
高次数光（ω_n ）とにより発生したレーザ光ビート信号
（ω₀ −ω_n ）と、０次光（ω₀ ）とこの０次光に含ま
れるＡＳＥ（ω_ASE0）とにより発生したビート信号（ω
₀ −ω_ASE0）とを検出してスペクトルアナライザ７に送
る。

【００３０】このスペクトルアナライザ７は、光検出器
６からのレーザ光ビート信号（ω₀−ω_n ）とビート信
号（ω₀ −ω_ASE0）とを入力し、これら信号を周波数分
析することで、レーザ光Ｑの発振周波数近傍に含まれる
ＡＳＥの発生周波数及びレーザ光Ｑに対する強度を計測
する。

【００３１】このように上記第１の実施の形態において
は、２つの反射ミラー１０，１１を配置してパルスレー
ザ光をＡＯ変調器２に数回透過させて、セルフビートの
発生周波数帯域よりもビート信号スペクトラム発生周波
数を高くし、両者が重ならないようにしたので、正確な
ビート信号スペクトラムの強度を測定できて、レーザ光
の発振周波数近傍に含まれるＡＳＥの発生周波数及び強
度を計測できる。

【００３２】なお、上記第１の実施の形態は、次の通り
変形してもよい。例えば、２つの反射ミラー１０，１１
を用いてパルスレーザ光をＡＯ変調器２に数回透過させ
る代わりに、複数のＡＯ変調器２にパルスレーザ光を透
過させることで高い変調周波数を得るようにしてもよ
い。この場合、複数のＡＯ変調器２が必要になるので、
コストが掛かる反面、反射ミラー１０，１１でＡＯ変調
器２に複数回レーザ光を透過させる必要がなく調整が容
易である。 (2) 次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参
照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略する。

【００３３】図２は上記第１の実施の形態におけるヘン
シュ型色素レーザ発振装置に用いられるパルスレーザ発
振器の構成図である。色素フローセル２０には、色素溶
液が流れ、かつこの色素溶液に励起レーザ光が照射され
て励起されようになっている。

【００３４】この色素フローセル２０の光軸上には、こ
の色素フローセル２０を挟むようにグレーティング２１
及び出力ミラー２２が配置されている。又、色素フロー
セル２０とグレーティング２１との間の光軸上には、エ
タロン２３及びプリズムビームエキスパンダ２４が配置
されている。

【００３５】さらに、色素フローセル２０とプリズムビ
ームエキスパンダ２４との間の光軸上には、λ／４位相
板２５が配置されるとともに、色素フローセル２０と出
力ミラー２２との間の光軸上には、λ／４板とλ／２板
とを一体化したλ／４＋λ／２位相板２６が配置されて
いる。

【００３６】このような構成であれば、色素フローセル
２０に流れる色素溶液に励起レーザ光が照射され、色素
溶液が励起されると、エタロン２３及びプリズムビーム
エキスパンダ２４を通して出力ミラー２２とグレーティ
ング２１との間で光共振が発生し、出力ミラー２２から
パルスレーザ光Ｑ_p が出力される。

【００３７】このとき、エタロン２３とプリズムビーム
エキスパンダ２４との間での偏光方向は、直線偏光とな
っているが、光がλ／４位相板２５及びλ／４＋λ／２
位相板２６に光が透過することで、出力されるパルスレ
ーザ光Ｑ_p は、偏光が９０°回転したものとなる。

【００３８】このように上記第２の実施の形態において
は、色素フローセル２０とプリズムビームエキスパンダ
２４との間の光軸上にλ／４位相板２５及びλ／４＋λ
／２位相板２６を配置したので、光共振器内で直線偏光
であつてもその偏光方向を９０°回転させたパルスレー
ザ光Ｑ_p を出力でき、かつ光共振器外にλ／２位相板な
どの光学素子を配置する必要がなく余分な光学ロスが生
じない。さらに、位相板の位相角度を任意に変更すれ
ば、レーザ発振器の偏光を任意に偏光できる。

【００３９】すなわち、従来のパルスレーザ発振器は、
図３に示すように直線偏光のパルスレーザ光を出力する
ものであったので、上記の如く光共振器外にλ／２位相
板などの光学素子２７を配置していたが、この光学素子
２７の配置により余分なロスが生じていた。

【００４０】又、図４に示すように望遠鏡型ビームエキ
スパンダ２８を用いたオリジナルのヘンシュ型発振器が
あるが、これでは望遠鏡型ビームエキスパンダ２８の調
整が難しく、かつ共振器長が短縮できず、シングルモー
ド発振が得にくい欠点があった。そこで、短い光路長で
大きな倍率のとれる上記プリズムビームエキスパンダ２
４が開発されてシングルモード発振が可能になった。

【００４１】しかしながら、シングルモードを得ようと
する場合、空間的ホールバーニングという現象のために
サイドモードが発生し、マルチモード発振に移行する。
このため、図５に示すように色素フローセル２０の両側
に直交したλ／４位相板２９ａ、２９ｂを挿入すること
によって空間的ホールバーニングを消し、高いシングル
モード出力を得ることが可能になった。

【００４２】しかしながら、上記図３及び図５に示す装
置では、プリズムビームエキスパンダ２４で決まる直線
偏光で発振するので、この直線偏光を９０°回転させる
ためには、上記説明のように図６に示すように光共振器
外にλ／２位相板などの光学素子２７を配置しなければ
ならず、余分な光学ロスが生じていた。

【００４３】なお、上記第２の実施の形態は次の通り変
形してもよい。例えば、位相板の代わりに例えばバビネ
ソレイユの補償板を挿入しても同様な効果を奏すること
ができ、この場合、偏光をそのままにすることも、直交
させることもバビネソレイユの調整だけでできる。 (3) 次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参
照して説明する。

【００４４】図７は上記第１の実施の形態に用いられる
ヘンシュ型色素レーザ発振装置のパルスレーザ発振器の
光軸再調整を行うときの構造図である。発振器ベース３
０上には、セルホルダー３１に保持された色素フローセ
ル３２を載置するセルホルダー固定台３３が着脱自在に
設けられている。このセルホルダー固定台３３は、色素
レーザ発振装置の光軸再調整を行う場合にＨｅ−Ｎｅレ
ーザ発振器３４から出力されるＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｑ_n
の光軸を遮蔽しないために設けられる。

【００４５】又、セルホルダー３１には、色素溶液循環
系配管３５をセルホルダー３１に連結する回転機構付き
配管取付け部３６が設けられている。この回転機構付き
配管取付け部３６は、色素溶液循環系配管３５をセルホ
ルダー３１に対して回転自在に設けられ、色素フローセ
ル３２を保持するセルホルダー３１をセルホルダー固定
台３３上に載置するときに色素溶液循環系配管３５及び
セルホルダー３１に応力が加わらないようにするもので
ある。

【００４６】一方、色素フローセル３２の上方には、励
起レーザ光を色素フローセル３２に流れる色素溶液に集
光するための励起光集光レンズ３７が設けられている。
又、発振器ベース３０上には、色素フローセル３２を挟
むようにグレーティング３８及び出力ミラー３９が配置
され、かつ色素フローセル３２とグレーティング３８と
の間には、エタロン４０及びプリズムビームエキスパン
ダ４１が設けられている。なお、出力ミラー３９は、発
振器ベース３０から取り外された状態にある。

【００４７】そして、色素レーザ発振装置の光軸再調整
を行う場合、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器３４から出力され
るＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｑ_n の光軸光軸上には、例えば２
枚の位置決めアパーチャ４２，４３が配置される。

【００４８】次に上記の如く構成された装置での光軸再
調整の作用について説明する。例えば色素フローセル３
２、グレーティング３８、出力ミラー３９、エタロン４
０及びプリズムビームエキスパンダ４１の部品交換等の
ために光軸再調整を行う場合には、これら色素フローセ
ル３２、グレーティング３８、出力ミラー３９、エタロ
ン４０及びプリズムビームエキスパンダ４１に対してそ
れぞれＨｅ−Ｎｅレーザ発振器３４から出力される光軸
調整用のＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｑ_n を導光して調整を行
う。

【００４９】このＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｑ_n は、色素レー
ザ発振装置外部から２枚の位置決めアパーチャ４２，４
３を通して基準位置を設定し導光される。このとき、セ
ルホルダー固定台３３が発振器ベース３０上に設けら
れ、かつ色素フローセル３２を保持するセルホルダー３
１が上方に移動されてセルホルダー固定台３３上に載置
される。これにより、色素フローセル３２及びセルホル
ダー３１によりＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｑ_n の光軸を遮蔽し
ないものとなる。

【００５０】又、セルホルダー３１が上方に移動してセ
ルホルダー固定台３３上に載置するとき、色素溶液循環
系配管３５とセルホルダー３１との間に応力が加わる
が、回転機構付き配管取付け部３６の回転によりこの応
力が無くなり、色素溶液循環系配管３５とセルホルダー
３１との間には応力が加わらず、無理な力が掛からな
い。

【００５１】このようにしてセルホルダー３１がセルホ
ルダー固定台３３上に載置されると、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
光Ｑ_n の導光方向から一番反対側に配置された光学系、
すなわちグレーティング３８、エタロン４０、プリズム
ビームエキスパンダ４１、色素フローセル３２、出力ミ
ラー３９の順序で発振器ベース３０上に取り付けながら
光軸再調整が行われる。

【００５２】これら光学系の各調整は、それぞれの光学
系ごとにＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｑ_n を照射させ、その反射
光が２枚の位置決めアパーチャ４２，４３を通ってＨｅ
−Ｎｅレーザ発振器３４の出射口に戻るように各光学系
の位置をそれぞれのホルダー駆動機構によって調整し、
グレーティング３８、エタロン４０、プリズムビームエ
キスパンダ４１、色素フローセル３２、出力ミラー３９
の光学系の光軸を一致させる。

【００５３】このように上記第３の実施の形態において
は、セルホルダー３１を載置するセルホルダー固定台３
３を設けるとともに、セルホルダー３１に色素溶液循環
系配管３５をセルホルダー３１に連結する回転機構付き
配管取付け部３６を設けたので、セルホルダー３１から
色素溶液循環系配管３５を取り外さなくても色素レーザ
発振装置の光軸再調整を行うことができ、従来光軸再調
整時に必要であった色素溶液の漏れ防止措置等が不要と
なり、時間がかからず容易に共振器光軸の再調整ができ
る。

【００５４】すなわち、従来は、図８に示すようにグレ
ーティング３８、エタロン４０、プリズムビームエキス
パンダ４１、色素フローセル３２、出力ミラー３９の光
学系を発振器ベース３０から取り外すが、このときセル
ホルダー３１には色素溶液循環系配管３５が接続されて
いるので、この色素溶液循環系配管３５をセルホルダー
３１が外すことが必要となる。この配管取り外し作業に
は、色素溶液循環系配管３５、配管取り付け部分４４及
びセルホルダー３１からの色素溶液の漏れ防止措置等が
伴い、作業に時間がかかり、かつ容易でなかった。

【００５５】なお、上記第３の実施の形態は次の通り変
形してもよい。例えば、図９に示すように蛇腹の伸縮自
在な材質で形成した色素溶液循環系配管４５を用いても
よい。このような色素溶液循環系配管４５を用いれば、
セルホルダー３１を上方に移動してセルホルダー固定台
３３上に載置する際に生じる応力を、色素溶液循環系配
管４５の伸縮自在な蛇腹により吸収して無くすことがで
きる。さらに、このような色素溶液循環系配管４５を用
いれば、回転機構付き配管取付け部３６を設けなくて
も、セルホルダー３１を上方に移動してセルホルダー固
定台３３上に載置するときの応力を無くすことができ、
色素溶液循環系配管３５とセルホルダー３１との間に応
力を加えず無理な力が掛からない。

【００５６】又、発振器ベース３０上にセルホルダー３
１の位置決め機構を備えてもよい。図１０は発振器ベー
ス３０上に備えられた位置決め機構４６を示す図であ
り、同図(a) は正面図、同図(b) は上面図、同図(c) は
側面図である。これら位置決め機構４６は、セルホルダ
ー３１の各コーナを位置決めするように円柱状の部材に
より形成されている。このような位置決め機構４６を設
ければ、セルホルダー固定台３３を外して再度セルホル
ダー３１を発振器ベース３０上に設置する場合、色素レ
ーザ発振装置の光軸再調整毎に色素フローセル３２の位
置を同一位置に保つことができる。 (4) 次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参
照して説明する。

【００５７】図１１は上記第１の実施の形態に適用され
る色素レーザ発振装置の構造図である。色素レーザ発振
器５０から出力される色素レーザ光の光路上には、多段
の増幅器、例えば３段の増幅器５１，５２，５３が配置
されている。これら色素レーザ発振器５０及び各増幅器
５１，５２，５３には、それぞれ色素フローセルが備え
られ、これら色素フローセルに色素溶液が流されてい
る。

【００５８】一方、励起レーザ光源５４から出力される
励起レーザ光の光路上には、励起光整形光学系５５及び
第１のレンズ５６が配置され、さらに励起レーザ光を色
素レーザ発振器５０及び各増幅器５１，５２，５３にそ
れぞれ導くための各ビームスプリッタ５７〜６０が配置
されている。

【００５９】このうち励起光整形光学系５５は、例えば
カライドスコープにより構成され、色素レーザ発振器５
０及び各増幅器５１，５２，５３に励起レーザ光を分配
する前に、色素レーザ発振器５０から出力された円形状
でガウス分布プロファイルの励起レーザ光を矩形整形し
てプロファイルを均一化する作用を持っている。

【００６０】すなわち、励起レーザ光源５４から出力さ
れた励起レーザ光は、円形状でガウス分布プロファイル
となっているので、この励起レーザ光をそのまま集光し
て色素溶液に照射すると、その励起光集光形状も楕円形
状でガウス型のプロファイルとなり、最終的に出力され
る色素レーザ光の強度分布も楕円形状でプロファイル不
均一なものとなり、均一な強度分布の要求に応じられな
くなる。このような事から励起レーザ光のプロファイル
を均一化することが行われる。

【００６１】各ビームスプリッタ５８〜６０は、各増幅
器５１〜５３へのエネルギー分配比に応じた反射率を持
っている。又、これらビームスプリッタ５７〜６０と色
素レーザ発振器５０及び各増幅器５１，５２，５３との
各間には、それぞれ各第２のレンズ６１〜６４が配置さ
れている。

【００６２】上記第１のレンズ５６と各第２のレンズ６
１〜６４とは、結像光学系を構成しており、図１２に示
すように焦点距離ｆ₁ のレンズｒ₁ が第１のレンズ５６
に相当し、焦点距離ｆ₂ のレンズｒ₂ が各第２のレンズ
６１〜６４に相当する。

【００６３】このような結像光学系では、レンズｒ₁ と
物点Ａとの距離がｆ₁ 、レンズｒ₂と像点Ｂとの距離が
ｆ₂ で、これらレンズｒ₁ ，ｒ₂ とのレンズ間距離ｄに
よらず、物点ＡＢ間は共役な関係となる。

【００６４】なお、物点Ａの位置は励起光整形光学系５
５の出射口に当たり、像点Ｂの位置は色素レーザ発振器
５０及び各増幅器５１，５２，５３に当たり、かつ励起
光整形光学系５５の出射瞳が各段の増幅器５１，５２，
５３における励起領域と同じ大きさになる結像倍率とな
るように構成されている。

【００６５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。励起レーザ光源５４から出力された励起
レーザ光は、励起光整形光学系５５を透過することで矩
形整形されてプロファイルが均一化される。

【００６６】この励起レーザ光は、第１のレンズ５６か
ら各ビームスプリッタ５７〜６０に送られ、これらビー
ムスプリッタ５７〜６０により色素レーザ発振器５０及
び各増幅器５１〜５３へのエネルギー分配比に応じて分
配され、それぞれ第２のレンズ６１〜６４を通して色素
レーザ発振器５０及び各増幅器５１〜５３に入射する。

【００６７】これにより、色素レーザ発振器５０及び各
増幅器５１〜５３の各色素フローセルに流れる色素溶液
が励起され、色素レーザ発振器５０から出力される色素
レーザ光は、各増幅器５１〜５３で順次増幅される。

【００６８】このように上記第４の実施の形態であれ
ば、１つの励起光整形光学系５５により励起レーザ光の
矩形整形を行った後に、色素レーザ発振器５０及び各増
幅器５１〜５３に流れる色素溶液を矩形均一なプロファ
イルで励起することができ、従来各増幅器５１〜５３毎
に設置する必要があった励起光整形光学系を１つにで
き、装置を簡素化でき、かつコストを低減できる。

【００６９】すなわち、従来の装置は、図１３に示すよ
うに色素レーザ発振器５０及び各増幅器５１〜５３ごと
にそれぞれ各励起光整形光学系６１〜６４及び各結像レ
ンズ６５〜６８を設けなければならず、物量が増加し、
装置の複雑化、コストの増加を招いていた。

【００７０】又、本発明装置によれば、励起光整形光学
系５５としてカライドスコープを用いたので、矩形整形
後のビームは広がり角度を持つものの、第１のレンズ５
６によりこの広がり角度が低減されるので、励起レーザ
光の導光距離によらず、矩形整形した励起レーザ光の像
を伝送距離の異なる色素レーザ発振器５０及び各増幅器
５１〜５３に転送できる。

【００７１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、正
確なビート信号スペクトラムの強度を測定できて、レー
ザ光の発振周波数近傍に含まれるＡＳＥの発生周波数及
び強度を計測できる色素レーザ発振方法及びその装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第１の実施の形態の色素レーザ
発振装置を示す構成図。

【図２】本発明に係わる第１の実施の形態の色素レーザ
発振装置に用いられるパルスレーザ発振器の構成図。

【図３】従来のヘンシュ型色素レーザ発振装置を示す構
成図。

【図４】従来のオリジナルのヘンシュ型色素レーザ発振
装置を示す構成図。

【図５】従来の高いシングルモード出力が得られるヘン
シュ型色素レーザ発振装置を示す構成図。

【図６】従来のヘンシュ型色素レーザ発振装置を示す構
成図。

【図７】本発明に係わる第３の実施の形態のヘンシュ型
色素レーザ発振装置の光軸再調整を行うときの構造図。

【図８】従来のヘンシュ型色素レーザ発振装置の光軸再
調整を説明するための図。

【図９】上記第３の実施の形態の色素レーザ発振装置の
変形例を示す構成図。

【図１０】上記第３の実施の形態の色素レーザ発振装置
の他の変形例を示す構成図。

【図１１】本発明に係わる第４の実施の形態の色素レー
ザ発振装置の構造図。

【図１２】同装置に用いられる結像光学系の模式図。

【図１３】従来の色素レーザ発振装置の構造図。

【図１４】従来のアルゴンレーザ励起などのＣＷ発振の
色素レーザ発振装置の構成図。

【図１５】ヘテロダイン検波法の原理の説明図。

【図１６】パルス発振色素レーザにより発生するビート
信号の説明図。

【符号の説明】

１: レーザ発振器、 ２：ＡＯ変調器、 ３，４：光軸調整ミラー、 ５：集光ミラー、 ６：光検出器、 ７：スペクトルアナライザ、 １ａ：パルスレーザ発振器、 １０，１１：反射ミラー、 ２０：色素フローセル、 ２１：グレーティング、 ２２：出力ミラー、 ２３：エタロン、 ２４：プリズムビームエキスパンダ、 ２５：λ／４位相板、 ２６：λ／４＋λ／２位相板、 ２７：λ／４位相板等の光学素子、 ２８：望遠鏡型ビームエキスパンダ、 ２９ａ，２９ｂ：λ／４位相板、 ３０：発振器ベース、 ３１：セルホルダー、 ３２：色素フローセル、 ３３：セルホルダー固定台、 ３４：Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器、 ３５：色素溶液循環系配管、 ３６：回転機構付き配管取付け部、 ３７：励起光集光レンズ、 ３８：グレーティング、 ３９：出力ミラー、 ４０：エタロン、 ４１：プリズムビームエキスパンダ、 ４２，４３：位置決めアパーチャ、 ４４：配管取り付け部分、 ４５：色素溶液循環系配管、 ４６：位置決め機構、 ５０：色素レーザ発振器、 ５１，５２，５３：増幅器、 ５４：励起レーザ光源、 ５５：励起光整形光学系、 ５６：第１のレンズ、 ５７〜６０：ビームスプリッタ、 ６１〜６４：第２のレンズ、 ６５〜６８：結像レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 淳史 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 石橋 誠 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須電子管工場内 Ｆターム(参考） 5F072 AC02 KK05 KK07 KK08 KK15 KK30 QQ04 YY20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を光音響光学素子に透過させて
   発生する０次光と高次数光とを重ね合わせてレーザ光の
   ヘテロダイン検波を行い、レーザ光とレーザ光に含まれ
   る自然放出光によるビート信号を検波し、そのスペクト
   ラムを分析評価する色素レーザ発振方法において、 前記レーザ光を前記光音響光学素子に数回透過させて変
   調周波数を高くし、この後に前記０次光に重ね合わせる
   ことを特徴とする色素レーザ発振方法。
2. 【請求項２】 レーザ光を光音響光学素子に透過させて
   発生する０次光と高次数光とを重ね合わせてレーザ光の
   ヘテロダイン検波を行い、レーザ光とレーザ光に含まれ
   る自然放出光によるビート信号を検波し、そのスペクト
   ラムを分析評価する色素レーザ発振装置において、 前記レーザ光を前記光音響光学素子に数回透過させて変
   調周波数を高くする反射ミラーを備え、前記光音響光学
   素子を数回透過したレーザ光を前記０次光に重ね合わせ
   ることを特徴とする色素レーザ発振装置。