JP2000156541A - 光吸収セルの収納構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光吸収セルの筒体中央部の温度に比べて側板の
温度を常に高く保つことにより、セルに封入した金属原
子の側板内壁への析出を抑え、セルを光周波数基準とし
て用いた周波数安定化レーザ光源の周波数安定度を向上
することのできる光吸収セルの収納構造を実現する。 【解決手段】周波数安定化光源の光周波数基準として用
いられる、特定の光周波数に吸収線をもつ金属原子ガス
を封入してなる筒状型の光吸収セルを、その筒体端部の
温度が筒体中央部に比べて高い温度に保たれるように形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光源の出力
光の周波数揺らぎを抑制するために光周波数基準として
用いられる、特定の光周波数に吸収線をもつ金属原子ガ
スを封入した光吸収セルの収納構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３に、光吸収セルを光周波数基準とし
て用いた周波数安定化レーザ光源の構成例を示す。恒温
槽ｌにより温度制御されたレーザダイオード２から出射
したレーザ光（光周波数ｆｏ）は分岐用光学素子３によ
り２本に分岐される。このうち一方のレーザ光はそのま
ま出力光として装置外に取り出される。

【０００３】他方のレーザ光は音響光学変調素子４での
回折により非回折光（光周波数ｆ_o）と回折光（光周波
数ｆ_o＋ｆ_D）に分離した後、さらに恒温槽５により温度
制御された光吸収セル６を透過して、フォトダイオード
７により受光および光電変換される。

【０００４】同時に、キャリア信号発生器８（キャリア
信号の周波数ｆ_D）から音響光学変調素子４へ入力され
るキャリア信号を、変調信号発生器９（変調信号の周波
数ｆ_m）からの変調信号でＯＮ／ＯＦＦと連続的に切り
替える。これにより、フオトダイオード７からの出力信
号を、変調信号発生器８からの変調信号ｆ_mに同期して
ロックインアンプ１１で検出すれば、図４ａに示す光吸
収セル６の光吸収線に対して、図４ｂに示す信号を得る
ことができる。

【０００５】この信号が光吸収線内で０となるようにレ
ーザダイオード２への注入電流を電流制御回路１２によ
り制御することで、光吸収線の中心周波数ｆ_Rからｆ_D/2
だけ低い周波数（ｆ_R一ｆ_D/2）にレーザ光の周波数ｆ_o
を安定化することができる。

【０００６】図５に、光吸収セルの収納構造の従来例を
示す。光吸収セル６は導熱材２０ａ，２０ｂ（例えば
銅，アルミニウムなどの金属類）により上下から挟み込
まれる形で保持される。さらに、導熱材２０ｂは温度調
整手段２１（例えばペルチェ素子）を介してベース２２
と接合している。

【０００７】光吸収セル６，導熱材２０および温度調整
手段２１と外気との間で直接熱の授受が生じにくいよ
う、これらの構成要素は、窓板２２，窓板取付板２４お
よびカバー２５により、外気と遮断されている。光吸収
セルの温度調節は、導熱材２０に埋め込まれた測温手段
２６（例えばサーミスタ）により測定される温度と設定
温度との差が０となるよう、温度調整手段２１の発熱量
もしくは吸熱量を制御することにより行われる。

【０００８】図６に、光吸収セル６の斜視図を示す。光
吸収セル６は筒体６ａとこの筒体を密閉するための両側
板６ｂから構成されている。６ｃは筒体１ａの中央付近
に設けられた突起状のガス封入口である。

【０００９】光吸収セル６は、封入した金属原子ガスの
温度、圧力の変化に関連してガス圧が飽和蒸気圧に達す
ると、光吸収セル内壁表面の相対的に温度の低い領域に
金属原子が析出する性質をもつ。これを避けるために
は、飽和蒸気圧以下の充填圧でガスの充填する方法も考
えられるが、この方法を実現するためにはガス圧を非常
に精密に制御しなければならないため、実際には困難で
ある。

【００１０】また、充填した原子がセルの筒体や側板へ
吸収されることもある。よって、ガスの充填の際には飽
和蒸気圧以上の充填圧でセルにガスを充填する方法が実
用的である。

【００１１】さて、このような光吸収セルを収納するた
めの従来の構造においては、筒体６ａは導熱材２０に直
接接触しているため、その温度は外気温の変動によらず
設定温度に精度よく制御される。一方、側板６ｂは導熱
材２０に直接接触していないため、窓板２３，窓板取付
板２４およびカバー２５により外気と遮断されているも
のの、その温度は外気温の変動の影響をわずかながら受
けてしまう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】したがって、この収納
構造を用いて、光吸収セルの温度を外気温より高い温度
に設定しようとすると、光吸収セルの側板６ｂの温度が
筒体６ａの温度よりわずかに低い温度となるため、金属
原子が側板６ｂの内壁表面に析出してしまう。

【００１３】析出箇所が特にレーザ光路上にあたる場
合、光吸収セルヘの入射光ｆ_o，ｆ_o＋ｆ_Dの透過光量が
それぞれのレーザ光路における金属の析出量に応じて減
少し、それに伴いロックインアンプから得られる信号強
度が変動するため、周波数安定度が悪化してしまうとい
う課題が生じる。

【００１４】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、光吸収セルの筒体中央部の温度に比べて側板の温
度を常に高く保つことにより、セルに封入した金属原子
の側板内壁への析出を抑え、セルを光周波数基準として
用いた周波数安定化レーザ光源の周波数安定度を向上す
ることのできる光吸収セルの収納構造を実現することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明では、周波数安定化光源の光
周波数基準として用いられる、特定の光周波数に吸収線
をもつ金属原子ガスを封入してなる筒状型の光吸収セル
を、その筒体中央部の温度に比べて筒体端部の温度が高
く保たれるように形成したことを特徴とする。

【００１６】これにより光吸収セルの筒体中央部に比べ
て筒体端部の温度が高く保たれ、光吸収セルに封入した
金属原子が筒体端部の側板の内壁に析出し難くなる。

【００１７】この場合、請求項２のように、光吸収セル
の外周を独立した導熱体で包み、この導熱体を温度調整
手段で個別に温度調節する。

【００１８】また、請求項３のように、断熱材を介して
温度調整手段および導熱材をケースに取り付けるように
すると、外気との熱遮断効果が向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係わる光吸収セルの収納構造
の一実施例を示す構成図である。光吸収セル６は、互い
に独立した３つの導熱材３０ａ，３０ｂ，３０ｃにより
保持される。さらに、この導熱材３０ａ，３０ｂ，３０
ｃは、同じく互いに独立な３つの温度調整手段３１ａ，
３１ｂ，３１ｃを介してべ一ス３２と接合している。

【００２０】光吸収セル６，導熱材３０ａ，３０ｂ，３
０ｃ、および、温度調整手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃと
外気との間で直接熱の授受が生じ難いように、これらの
構成要素は、窓板３３，窓板取付板３４およびカバー３
５により外気と遮断されている。また、導熱材３０ａ，
３０ｂ，３０ｃにはそれぞれ、測温手段３６ａ，３６
ｂ，３６ｃ（例えばサーミスタ）が付加されている。

【００２１】この構造において、導熱材３０ａおよび３
０ｃの設定温度を導熱材３０ｂの設定温度より高い値に
し、各導熱材に埋め込まれた測温手段により測定される
温度と設定温度との差が０となるように、温度調整手段
３１ａ，３１ｂ，３１ｃの発熱量もしくは吸熱量をそれ
ぞれ制御することにより、光吸収セル６の筒体６ａ中央
部の温度に比べて側板６ｂの温度を常に高く保つことが
可能となる。

【００２２】図２に、本発明に係わる光吸収セルの収納
構造の他の実施例を示す構成図である。光吸収セル６
は、互いに独立した２つの導熱材４０ａ，４０ｂにより
保持される。この導熱材４０ａ，４０ｂは温度調整手段
４１を介して互いに接合している。さらに、導熱材４０
ｂは断熱材４７を介してべ一ス４２に固定されている。

【００２３】光吸収セル６，導熱材４０ａ，４０ｂ、お
よび、温度調整手段４１と外気との間で直接熱の授受が
生じ難いように、これらの構成要素は、窓板４３，窓板
取付板４４およびカバー４５により、外気と遮断されて
いる。また、導熱材４０ａには、測温手段４６が付加さ
れている。

【００２４】この構造において、導熱材４０ａの設定温
度を温度制御していない状態での同部の温度より低い値
とする。この設定温度で温度制御を開始すると、導熱材
４０ａの温度を下げるため、温度調整手段４ｌにより同
部４０ａおよびこれに接触している光吸収セル６の筒体
６ａ中央部の熱が吸熱され、さらに導熱材４０ｂに放出
される。

【００２５】この熱流出により、筒体６ａの温度は温度
制御していない状態での同部の温度に比べて低下する。
一方、導熱材４０ｂとべ一ス４２との間には断熱材４７
が挿入されているため、導熱材４０ｂに放出された熱の
大部分は光吸収セル６の側板６ｂに伝達される。この熱
流入により、光吸収セル６の側板６ｂの温度は温度制御
をしていない状態での同部の温度より上昇する。

【００２６】以上の熱移動により、光吸収セル６の筒体
６ｂ中央部の温度に比べて側板６ｂの温度を常に高く保
つことが可能となる。

【００２７】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。光吸収セルの筒体中央部に比べて筒
体端部の温度を常に高く保つことができるため、光吸収
セルに封入した金属原子が側板内壁に析出し難くなる。
このような光吸収セルを光周波数基準として用いれば、
周波数安定化レーザ光源の周波数安定度を容易に向上さ
せることできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光吸収セルの収納構造の一実施例
を示す構成図である。

【図２】本発明に係わる光吸収セルの収納構造の他の実
施例を示す構成図である。

【図３】光吸収セルを光周波数基準として用いた周波数
安定化レーザ光源の構成例を示す図である。

【図４】周波数安定化レーザ光源の動作を説明するため
の説明図である。

【図５】従来の光吸収セルの収納構造の一例を示す構成
図である。

【図６】光吸収セルの斜視図である。

【符号の説明】

６ 光吸収セル ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，４０ａ，４０ｂ 導熱材 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，４１ 温度調節手段 ３２，４２ ベース ３３，４３ 窓板 ３４，４４ 窓板取付板 ３５，４５ カバー ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，４６ｂ 測温手段 ４７ 断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本橋 浩明 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 大矢 彰 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AB25 EA03 FA24 FA30 GA23 GA24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数安定化光源の光周波数基準として用
   いられる、特定の光周波数に吸収線をもつ金属原子ガス
   を封入してなる筒状型の光吸収セルを、その筒体中央部
   の温度に比べて筒体端部の温度が高く保たれるように形
   成したことを特徴とする光吸収セルの収納構造。
2. 【請求項２】光吸収セルの筒の外周に取り付けられた互
   いに独立した複数の導熱材と、 該各導熱材に取り付けられ導熱材の温度を測定する測温
   手段と、 前記導熱材と接合し導熱材の温度を個別に調節する温度
   調節手段と、 前記光吸収セルと導熱材と温度調節手段を収納し熱的に
   外気と遮断するベースとカバーでなるケースから構成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の光吸収セルの収納
   構造。
3. 【請求項３】前記温度調節手段および前記導熱材は断熱
   材を介して前記ケースに取り付けられたことを特徴とす
   る請求項１記載の光吸収セルの収納構造。