JP2001036189A - レーザー発振周波数安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 波長安定性の精度を劣化させることなく装置
全体の小型化、省電力化を図ることのできるレーザー発
振周波数安定化装置を提供する。 【解決手段】 レーザー光を互いに直交する方向の直線
偏光成分を有する第１及び第２レーザー光に分離する偏
光ビームスプリッタ39、40と、二つのレーザー光を互い
に逆回り方向の円偏光に変換する１／４λ波長板41と、
特定の吸収スペクトルを有する原子又は分子の気体が封
入された一様に磁場が印加されている吸収セル42と、吸
収セル42を透過した第１及び第２レーザー光とを入射方
向と逆方向にそれぞれ一部反射するハーフミラー45と、
ハーフミラー45を透過した第１レーザー光及び第２レー
ザー光をそれぞれ受光する第１受光部46及び第２受光部
47と、ハーフミラー45により反射されて吸収セル42を透
過した第１レーザー光及び第２レーザー光をそれぞれ受
光する第３受光部51及び第４受光部52と、第１受光部46
から第４受光部52までの受光出力に基づいて、レーザー
光源31の発振周波数を吸収スペクトルに固定制御する制
御部48、49、53、54とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザー等
の波長可変なレーザー光源の発振波長を、原子の飽和吸
収スペクトルや分子の飽和吸収スペクトルを利用して固
定制御するレーザー発振周波数安定化装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザー装置等のレーザー光源部
の発振周波数は、レーザー光源部の温度、レーザー光源
部に流す電流の大きさに大きく依存し、発振周波数がレ
ーザー光源部の温度、レーザー光源部に流す電流の微小
変化によって変動して、レーザー装置では発振周波数が
安定しにくいという問題点がある。

【０００３】そこで、レーザー装置では、レーザー光源
部の発振周波数を安定化させるために、各種のレーザー
発振周波数安定化装置が提案されている。このレーザー
発振周波数安定化装置の代表的な技術として、原子の吸
収スペクトルや分子の吸収スペクトルを利用するものが
知られている。この原子の吸収スペクトルや分子の吸収
スペクトルを利用するレーザー発振周波数安定化装置で
は、その原子や分子の吸収スペクトルを基準として用い
ている。

【０００４】なかでも、原子や分子の飽和吸収スペクト
ルを基準として用いるレーザー発振周波数安定化装置
は、ドップラー効果で広がる線形吸収スペクトル線幅に
較べて狭いスペクトル線幅が得られ、高い感度でレーザ
ー光源部の発振周波数を安定化させることができる。

【０００５】この飽和吸収スペクトルを基準としてレー
ザー光源部の発振周波数を安定化させるレーザー発振周
波数安定化装置では、光吸収が飽和するのに十分な光強
度のレーザー光（パンプ光という）を吸収セルに入射さ
せ、その透過光の光量を第１受光素子で検出すると共
に、この吸収セルを透過した透過光の一部を反射させて
その反射された微弱な強度のレーザー光（プローブ光と
いう）を逆方向から再度吸収セルに入射させ、この逆方
向から吸収セルに入射してこの吸収セルを透過した透過
光の光量を第２受光素子で検出し、この２つの受光素子
の受光出力に基づき、レーザー光源部の発振周波数を狭
い線幅の飽和吸収スペクトルに固定制御する方法が採用
されている。

【０００６】図１０はその従来のレーザー発振周波数安
定化装置の一例を示す説明図であって、その図１０にお
いて、符号１はレーザー光源部である。このレーザー光
源部１は、レーザーダイオード２、サーミスタ３、ペル
チェ効果型素子４、放熱板５から概略構成されている。
そのレーザーダイオード２は温度制御回路６によって温
度制御される。

【０００７】レーザーダイオード２から出射されたレー
ザー光は集光レンズ７に集光され、光アイソレータ７Ａ
を透過して偏光ビームスプリッタ８に導かれる。そのレ
ーザー光は直線偏光を呈しており、この偏光ビームスプ
リッタ８は所定の方向の直線偏光成分のレーザー光を反
射しかつこの直線偏光成分と直交する方向の直線偏光成
分のレーザー光を透過する。

【０００８】この偏光ビームスプリッタ８を透過した直
線偏光のレーザー光はλ／４波長板９に導かれて、円偏
光のレーザー光に変換され、この円偏光のレーザー光は
飽和吸収セル１０にパンプ光として導かれる。この飽和
吸収セル１０には特定波長の吸収スペクトルを有する原
子、分子の気体が封入されている。

【０００９】その飽和吸収セル１０には電磁石１１が設
けられ、この電磁石１１の磁場には発振器１２によって
変調がかけられている。その飽和吸収セル１０を透過し
た円偏光の透過レーザー光はＮＤフィルタ１３を透過し
て、ハーフミラー１４に導かれ、その一部はこのハーフ
ミラー１４によって進行方向と逆方向に反射され、残余
のレーザー光はこのハーフミラー１４を透過して第１受
光素子１５に受光される。ハーフミラー１４により反射
されて逆進するレーザー光はＮＤフィルタ１３を再び透
過して飽和吸収セル１０に微弱なプローブ光として入射
され、この飽和吸収セル１０を透過してλ／４波長板９
に導かれ、元の直線偏光の方向と直交する方向の直線偏
光のレーザー光に変換される。この直線偏光のレーザー
光は、偏光ビームスプリッタ８に導かれて、その偏光分
離面８ａにより反射されて第２受光素子１６に受光され
る。

【００１０】その第１受光素子１５の受光出力と第２受
光素子１６の受光出力とは除算器１７に入力される。こ
の除算器１７は第２受光素子１６の受光出力を第１受光
素子１５の受光出力で除算する。この除算器１７の除算
出力はロックインアンプリファイア１８に入力され、こ
のロックインアンプリファイア１８は発振器１２の発振
出力に同期して除算出力を検出し、ロックイン信号を電
流制御回路１９に出力する。その電流制御回路１９はこ
のロックイン信号に基づいてレーザーダイオード２の波
長を吸収スペクトルの波長に固定するためのＬＤ注入電
流等の波長依存性を有するパラメータを制御する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のレーザー発振周波数安定化装置では、飽和吸収スペ
クトルをゼーマン変調するために、これに専用の電磁
石、電源、発振器を設けなければならず、レーザー発振
周波数安定化装置が大型化するという問題があると共
に、電磁石が発熱源となってこれによってレーザーダイ
オード２の温度が上昇し、レーザーダイオード２の温度
制御により多くの電力を必要とし、省電力化が困難であ
るという問題がある。

【００１２】本発明は、上記の事情に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところは、波長安定性の精度を劣
化させることなく装置全体の小型化を図ると共に省電力
化を図ることのできるレーザー発振周波数安定化装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のレーザ
ー発振周波数安定化装置は、発振周波数が制御可能なレ
ーザー光源を有しかつレーザー光を出射するためのレー
ザー光源部と、前記レーザー光源部からのレーザー光を
互いに直交する方向の直線偏光成分を有する第１レーザ
ー光と第２レーザー光とに分離する偏光ビームスプリッ
タ部と、該偏光ビームスプリッタ部により分離された二
つのレーザー光を互いに逆回り方向の円偏光に変換する
１／４λ波長板と、前記両円偏光のレーザー光の光路内
に配置されて特定の吸収スペクトルを有する原子又は分
子の気体が封入されると共に一様に磁場が印加されてい
る吸収セルと、該吸収セルを透過した前記第１レーザー
光と前記第２レーザー光とを入射方向と逆方向にそれぞ
れ一部反射するハーフミラーと、前記ハーフミラーを透
過した第１レーザー光を受光する第１受光部と、前記ハ
ーフミラーを透過した第２レーザー光を受光する第２受
光部と、前記ハーフミラーにより反射されて前記吸収セ
ルを透過した第１レーザー光を受光する第３受光部と、
前記ハーフミラーにより反射されて前記吸収セルを透過
した第２レーザー光を受光する第４受光部と、前記第１
受光部の受光出力から前記第４受光部までの受光出力に
基づいて、前記レーザー光源の発振周波数を前記吸収ス
ペクトルに固定制御する制御部と、からなることを特徴
とする。

【００１４】請求項２に記載のレーザー発振周波数安定
化装置は、請求項１において、前記制御部は、前記第１
受光部の受光出力と前記第３受光部の受光出力との比を
演算するための第１除算器と、前記第２受光部の受光出
力と前記第４受光部の受光出力との比を演算するための
第２除算器と、前記第１除算器の出力と前記第２除算器
の出力とが入力されてその差分を誤差信号として出力す
る引き算器と、該引き算器の誤差信号に基づいて前記レ
ーザー光源の発振周波数が前記吸収スペクトルに一致す
るように電流制御する電流制御回路とからなることを特
徴とする。

【００１５】請求項３に記載のレーザー発振周波数安定
化装置は、請求項１において、前記偏光ビームスプリッ
タ部は、該偏光ビームスプリッタ部に入射するレーザー
光を第１直線偏光成分のレーザー光と第２直線偏光成分
のレーザー光とに分離して第１直線偏光成分のレーザー
光を透過させかつ第２直線偏光成分のレーザー光を反射
する第１偏光分離面と、該第１偏光分離面で反射された
第２直線偏光成分のレーザー光を反射しかつその第２直
線偏光成分と直交する方向の直線偏光成分のレーザー光
を透過させる第２偏光分離面とを有することを特徴とす
る。

【００１６】請求項４に記載のレーザー発振周波数安定
化装置は、請求項１において、前記偏光ビームスプリッ
タ部は、前記レーザー光源部から出射されて該偏光ビー
ムスプリッタ部に入射したレーザー光を第１直線偏光成
分のレーザー光と第２直線偏光成分のレーザー光とに分
離して第１直線偏光成分のレーザー光を透過させかつ第
２直線偏光成分のレーザー光を反射する偏光分離面と、
該偏光分離面で反射されたレーザー光を反射させる全反
射面とを有することを特徴とする。

【００１７】請求項５に記載のレーザー発振周波数安定
化装置は、請求項１において、前記偏光ビームスプリッ
タ部は、前記レーザー光源部から出射されて該偏光ビー
ムスプリッタ部に入射したレーザー光を正常光である第
１直線偏光成分のレーザー光と異常光である第２直線偏
光成分のレーザー光とに分離して、前記第１直線偏光成
分をそのまま透過させ、前記第２直線偏光成分を屈折さ
せて透過させる複屈折物質から構成されていることを特
徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１（ａ）において、符号３０は
レーザー光源部である。このレーザー光源部３０は、図
２に拡大して示すように、レーザー光源としてのレーザ
ーダイオード（半導体レーザー）３１、サーミスタ３
２、ペルチェ効果型素子３３、放熱板３４、温度制御回
路３５からなる本体部と、集光レンズ３６と、光アイソ
レータ３７と、ビームスプリッタ３８とからなってい
る。そのレーザーダイオード３１は熱伝導性の良好な本
体部ブロック（図示を略す）に固定されている。

【００１９】温度制御回路３５はサーミスタ３２、放熱
板３４と協働して本体部ブロックの温度が一定に保たれ
るようにペルチェ効果型素子３３を作動させ、これによ
りレーザーダイオード３１の温度が一定に保たれるよう
に制御される。レーザーダイオード３１から出射された
レーザー光は直線偏光となっており、その直線偏光のレ
ーザー光は集光レンズ３６によって集光され、平行ビー
ムとなって光アイソレータ３７に導かれ、これを通過し
てビームスプリッタ３８に導かれる。

【００２０】光アイソレータ３７は集光レンズ３６から
この光アイソレータ３７に向かって進行するレーザー光
を透過させかつビームスプリッタ３８から光アイソレー
タ３７に向かって逆方向に進行する光を遮断する。その
ビームスプリッタ３８はレーザー光の一部を出力光とし
て反射し、残余のレーザー光を制御用のレーザー光とし
て透過させる。

【００２１】その制御用の直線偏光のレーザー光の進行
方向先方には、偏光ビームスプリッタ部が設けられてい
る。この偏光ビームスプリッタ部は第１偏光ビームスプ
リッタ３９と第２偏光ビームスプリッタ４０とからなっ
ている。第１偏光ビームスプリッタ３９、第２偏光ビー
ムスプリッタ４０は入射面に対して平行に振動する直線
偏光（Ｐ偏光）を透過し、入射面に対して垂直に振動す
る直線偏光（Ｓ偏光）を反射する。

【００２２】すなわち、図３（ａ）に示すように、第１
偏光ビームスプリッタ３９に端面３９ａから入射したレ
ーザー光は、この第１偏光ビームスプリッタ３９によっ
てＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。Ｐ偏光成分
のレーザー光は第１レーザー光としてこの第１偏光ビー
ムスプリッタ３９を透過しかつその端面３９ｃから出射
されてλ／４波長板４１に導かれる。Ｓ偏光成分のレー
ザー光はこの第１偏光ビームスプリッタ３９の偏光分離
面３９ｂにより反射されて第２レーザー光として第２偏
光ビームスプリッタ４０に導かれる。第２レーザー光は
この第２偏光ビームスプリッタ４０の偏光分離面４０ｂ
によって反射されかつ端面４０ｃから出射されて、λ／
４波長板４１に導かれる。

【００２３】このλ／４波長板４１はＰ偏光、Ｓ偏光の
偏光方向に対して光学軸が４５度傾けられており、Ｐ偏
光の第１レーザー光はλ／４波長板４１によって左回り
の円偏光のレーザー光に変換され、Ｓ偏光の第２レーザ
ー光はλ／４波長板４１によって右回りの円偏光のレー
ザー光に変換される。

【００２４】その円偏光のレーザー光の進行方向先方に
は吸収セル４２が設けられている。この吸収セル４２に
はＣｓ原子の気体がここでは封入されている。この吸収
セル４２の両側には永久磁石４３、４３が図１（ｂ）に
示すように配設され、この吸収セル４２は永久磁石４
３、４３によってほぼ一様に磁場が印加されている。そ
の磁場の方向は光軸方向と同方向である。円偏光の各レ
ーザー光はパンプ光として吸収セル４２に入射される。
このパンプ光のパワー密度は吸収飽和が起きる程度のも
のとする。

【００２５】この吸収セル４２を透過した第１、第２レ
ーザー光は光路に垂直に配設されたハーフミラー４５に
導かれ、このハーフミラー４５はそのハーフミラー４５
に向かって進行する第１、第２レーザー光の一部を逆方
向に反射し、残余の第１、第２レーザー光を透過させ
る。このハーフミラー４５を透過した第１、第２レーザ
ー光は第１受光素子４６、第２受光素子４７にそれぞれ
受光される。

【００２６】第１受光素子４６、第２受光素子４７はそ
の各レーザー光を光電変換し、その第１受光素子４６の
受光出力は除算器４８に入力され、その第２受光素子４
７の受光出力は除算器４９に入力される。

【００２７】ハーフミラー４５によって反射された円偏
光の各レーザー光はプローブ光として再び吸収セル４２
に導かれ、この吸収セル４２を透過してλ／４波長板４
１に導かれ、図３（ｂ）に示すように、第１レーザー光
はλ／４波長板４１によってＳ偏光の直線偏光に変換さ
れ、第２レーザー光はλ／４波長板４１によってＰ偏光
の直線偏光に変換され、Ｐ偏光の第２レーザー光は第２
偏光ビームスプリッタ４０を透過して端面４０ａから出
射され、かつ、ビームスプリッタ５０によって反射され
る。Ｓ偏光の第１レーザー光は第１偏光ビームスプリッ
タ３９の偏光分離面３９ｂにより反射されて、端面３９
ｄから出射される。

【００２８】その第１偏光ビームスプリッタ３９により
反射された第１レーザー光は第３受光素子５１に導か
れ、ビームスプリッタ５０によって反射された第２レー
ザー光は第４受光素子５２に導かれ、各受光素子５１、
５２によって光電変換される。

【００２９】第３受光素子５１の受光出力は除算器４８
に入力され、第４受光素子５２の受光出力は除算器４９
に入力され、除算器４８は第３受光素子５１の受光出力
を第１受光素子４６の受光出力で除算し、除算器４９は
第４受光素子５２の受光出力を第２受光素子４７の受光
出力で除算する。

【００３０】各除算器４８、４９の出力は引き算器５３
に入力され、引き算器５３は除算器４８の出力と除算器
４９の出力との差を演算し、その差分を誤差信号として
電流制御回路５４に入力する。

【００３１】この電流制御回路５４はその誤差信号に基
づきレーザーダイオード３１の波長を固定するためのＬ
Ｄ注入電流等の波長依存性を有するパラメータを制御す
る。

【００３２】この発明の実施の形態によれば、飽和吸収
分光が以下に説明するようにして生じる。図４はその飽
和吸収分光を説明するための原理図である。

【００３３】その図４において、黒丸印はＣｓ原子気体
を示し、矢印はそのＣｓ原子気体の運動方向を示してい
る。そのＣｓ原子気体の運動方向はランダムであるが、
この図４には特徴的な方向に運動するＣｓ原子気体のみ
が示されている。

【００３４】その図４において、符号５５は吸収セル４
２内でそのパンプ光、プローブ光の進行方向に対して直
交する方向に運動しているＣｓ原子気体を示し、符号５
６はそのパンプ光の進行方向に対して対向する方向（反
対方向）に運動しているＣｓ原子気体を示し、符号５７
はそのパンプ光の進行方向と同方向に運動しているＣｓ
原子気体を示している。

【００３５】まず、レーザーダイオード３１が基準発振
周波数（基準発振波長）で作動しているものとし、この
基準発振波長とＣｓ原子気体の吸収スペクトル線とが一
致しているものとして説明する。

【００３６】Ｃｓ原子気体５５はパンプ光の進行方向と
直交する方向に運動しているので、ドップラー効果は生
じず、レーザーダイオード３１の基準発振波長と原子の
吸収スペクトル線とが一致し、従って、Ｃｓ原子気体５
５はパンプ光を吸収する。

【００３７】Ｃｓ原子気体５６はパンプ光の進行方向に
対向して運動しているので、Ｃｓ原子気体５６ではレー
ザーダイオード３１から出射されたパンプ光の周波数が
高く（波長が短く）観測され、Ｃｓ原子気体５６はパン
プ光の基準発振波長と吸収スペクトル線とがずれて感じ
られるので、Ｃｓ原子気体５６はパンプ光を吸収しな
い。Ｃｓ原子気体５７も同様の理由でパンプ光を吸収し
ない。従って、Ｃｓ原子気体５５のみがパンプ光を吸収
することになり、吸収飽和が生じることになる。

【００３８】吸収セル４２には逆方向から微弱なプロー
ブ光が入射するが、吸収飽和が生じているので、プロー
ブ光は微弱光でありながら吸収されることなくこの吸収
セル４２を通過することになる。

【００３９】ここで、レーザーダイオード３１の発振周
波数が基準発振周波数（基準発振波長）からわずかに波
長が長い方向にずれたとする。すなわち、Ｃｓ原子気体
の吸収スペクトル線からレーザーダイオード３１の発振
波長が長い方向にずれたとする。この場合には、Ｃｓ原
子気体５５は発振波長と吸収スペクトル線とが一致しな
いため、パンプ光を吸収することはできない。これに対
して、Ｃｓ原子気体５６はパンプ光の進行方向に対向し
て運動し、Ｃｓ原子気体５６ではレーザーダイオード３
１から出射されたパンプ光の発振周波数が高く観測され
るので、Ｃｓ原子気体５６は発振波長と吸収スペクトル
線とが一致していると感じ、パンプ光を吸収する。

【００４０】Ｃｓ原子気体５７はパンプ光の進行方向と
同方向に運動し、Ｃｓ原子気体５７ではレーザーダイオ
ード３１から出射されたパンプ光の周波数がますます低
く観測されるので、Ｃｓ原子気体５７は発振波長と吸収
スペクトル線とのずれがますます大きいと感じ、パンプ
光を吸収しない。

【００４１】よって、Ｃｓ原子気体５６のみが飽和され
るまでレーザーダイオード３１によってパンプされる。

【００４２】次に、吸収セル４２に逆方向から微弱なプ
ローブ光が入射する。このときには、プローブ光の進行
方向に対向して運動するＣｓ原子気体５７のみがドップ
ラー効果によってプローブ光を吸収する。このＣｓ原子
気体５７はパンプ光の進行方向と同方向に運動してお
り、パンプ光を吸収していないからである。

【００４３】レーザーダイオードの発振周波数が基準発
振周波数に対して高い方向にずれた場合には、Ｃｓ原子
気体５６のみがドップラー効果によってプローブ光を吸
収する。このＣｓ原子気体５６はパンプ光の進行方向と
反対方向に運動しており、パンプ光を吸収していないか
らである。

【００４４】このように、レーザーダイオードの発振周
波数が吸収スペクトル線に一致した場合にのみプローブ
光の吸収が飽和する現象を飽和吸収現象といい、そのス
ペクトルを飽和吸収スペクトルという。

【００４５】図５はその飽和吸収スペクトルの説明図で
あり、図５（ａ）はレーザーダイオード３１から出射さ
れたレーザー光の出力が低い場合の吸収スペクトル５８
を示し、この吸収スペクトル５８はドップラー効果によ
って広がっており、そのスペクトル幅はドップラー幅に
ほぼ等しい。ここで、横軸はレーザーダイオード３１の
発振周波数であり、縦軸は吸収セル４２の透過率であ
る。レーザーダイオード３１の出力を上げると、飽和吸
収現象が生じて、吸収セルの透過率が上昇し、吸収スペ
クトル５９の形状が図５（ｂ）に示すように扁平に近づ
く。

【００４６】飽和吸収が生じると、プローブ光は共鳴周
波数で急激に飽和し、図５（ｃ）に示すように、ドップ
ラー幅の吸収スペクトルにくぼみ６０（ラムディップ）
が生じる。このラムディップ６０の線幅は原子の吸収線
の自然幅とレーザーダイオードの発振波長の線幅とのコ
ンボリューション程度である。

【００４７】その吸収セル４２に磁場を加えると、ゼー
マン効果によって飽和吸収スペクトルが分裂する。図６
はゼーマン効果によって飽和吸収スペクトルが分裂した
状態を示す説明図である。

【００４８】磁場中での光の吸収は光の偏光状態によっ
て異なり、右回りの円偏光の光が印加磁場を通過する際
の吸収周波数は高くなり、左回りの円偏光の光が印加磁
場を通過する際の吸収周波数は低くなる。

【００４９】パンプ光は吸収セル４２に磁場と同方向に
入射する。パンプ光は磁場に対して右回りの円偏光とす
る。プローブ光は吸収セル４２に逆向きに入射し、プロ
ーブ光は磁場に対して左回りの円偏光となる。そのパン
プ光の円偏光の向きとプローブ光の円偏光の向きとは逆
であるが、光の進行方向は逆向きになるので、電場ベク
トルの回転方向は同じである。

【００５０】ここで、磁場が印加されていないときに観
測される飽和吸収スペクトルを符号６１で示し、磁場を
印加したときに磁場に対して右回りに円偏光している光
の飽和吸収スペクトルを符号６２で示し、磁場を印加し
たときに磁場に対して左回りに円偏光している光の飽和
吸収スペクトルを符号６３で示す。この２つの飽和吸収
スペクトル６２、６３は磁場が印加されていないときの
飽和吸収スペクトルの中心周波数ｆ０でクロスしてお
り、レーザーダイオード３１の基準発振周波数（基準発
振波長）に対応しており、この中心周波数ｆ０がレーザ
ーダイオード３１の発振波長の固定制御ポイントであ
る。

【００５１】吸収セル４２に一様な磁場、Ｃｓ原子気体
の場合にはその磁束密度が約１５ガウスの一様な磁場を
印加すると、符号６４、６５で示すように、飽和吸収ス
ペクトルが２つの円偏光のレーザー光に対して分裂す
る。レーザーダイオード３１の発振周波数が基準発振周
波数ｆ０から高い方にずれてｆ１になったとき、２つの
プローブ光の吸収セル４２の透過率はそれぞれＴ
（＋）、Ｔ（−）となり、２つのプローブ光の透過率に
差が生じる。

【００５２】すなわち、第３受光素子５１の受光出力と
第４受光素子５２の受光出力とに差が生じ、除算器４
８、４９の除算出力に差が生じるので、引き算器５３が
この除算出力の差を演算して、これを誤差信号として電
流制御回路５４に出力し、電流制御回路５４はその発振
周波数が基準発振周波数ｆ０に近づくように制御する。
ここで、レーザーダイオード３２としてＤＢＲレーザー
を選択した場合、ＬＤ注入電流、位相制御電流（ＰＣ電
流）、ＤＢＲ電流、ＬＤケース温度等を電流制御回路５
４によって制御する。

【００５３】

【偏光ビームスプリッタの変形例１】図７は偏光ビーム
スプリッタ部の変形例１を示す。この偏光ビームスプリ
ッタ部では、図７（ａ）に示すように、光路中に偏光分
離プリズム６６が設けられていると共に平行平面板６７
が設けられている。

【００５４】この偏光ビームスプリッタ部では、パンプ
光として平行平面板６７の端面６７ａに入射するレーザ
ー光は偏光分離プリズム６６の偏光分離面６６ａによっ
てＰ偏光とＳ偏光とに分離される。Ｐ偏光の第１レーザ
ー光はそのまま透過してその端面６６ｂから出射されて
吸収セル４２に導かれる。Ｓ偏光の第２レーザー光は平
行平面板６７に設けられた全反射面６７ｂにより反射さ
れて端面６７ｃから出射されて吸収セル４２に導かれ
る。プローブ光として平行平面板６７の端面６７ｃに入
射する第２レーザー光は図７（ｂ）に示すように全反射
面６７ｂにより反射されて偏光分離プリズム６６を透過
して端面６６ｃから出射され、プローブ光として端面６
６ｂに入射する第１レーザー光は偏光分離面６６ａによ
り反射されて端面６６ｃから出射される。

【００５５】このものも、図３に示す構成のものに較べ
て、全反射ミラー５０を別途設ける必要がない分だけ、
光学系の構成が簡素化される。

【００５６】

【偏光ビームスプリッタの変形例２】図８はその偏光ビ
ームスプリッタ部の変形例２を示し、正常光と異常光と
に分離する複屈折性を有する物質によって偏光分離プリ
ズム６８を構成し、パンプ光として端面６８ａに入射し
たレーザー光をその偏光分離プリズム６８の透過中に、
互いに直交する偏光面をもつ正常光としての第１レーザ
ー光と異常光としての第２レーザー光とに分離して、正
常光としての第１レーザー光はそのまま端面６８ｂから
出射させて吸収セル４２に導きかつ異常光としての第２
レーザー光は屈折させて端面６８ｂから出射させる構成
とすると共に、プローブ光として入射する第１レーザー
光と第２レーザー光とを端面６８ｂから入射させて、正
常光としての第２レーザー光はそのまま透過させ、異常
光としての第１レーザー光は屈折させて端面６８ａから
出射させる構成としたものである。

【００５７】このものによれば、偏光ビームスプリッタ
の構造が簡素化される。

【００５８】

【偏光ビームスプリッタの変形例３】図９はその偏光分
離ビームスプリッタ部の変形例３を示し、符号６９は平
行平面板を示す。この偏光ビームスプリッタ部６９で
は、図９（ａ）に示すように、平行平面板６９の一端面
にレーザー光をＳ偏光とＰ偏光とに分離する光学分離膜
としての光学薄膜６９ａが形成されている。その平行平
面板６９の他端面には全反射膜６９ｂと透過面６９ｃと
が部分的に形成されている。

【００５９】パンプ光として光学薄膜６９ａの偏光分離
面に入射したレーザー光はＰ偏光とＳ偏光とに分離され
る。Ｐ偏光の第１レーザー光はそのまま透過されて全反
射膜６９ｂの全反射面により反射されかつ一端面から出
射されてλ／４板４１を介して吸収セル４２に導かれ
る。Ｓ偏光の第２レーザー光は光学薄膜６９ａの偏光分
離面により反射されてλ／４板４１を介して吸収セル４
２に導かれる。

【００６０】プローブ光として光学薄膜６９ａの偏光分
離面に入射した第１レーザー光は図９（ｂ）に示すよう
に反射される。プローブ光として光学薄膜６９ａの偏光
分離面に入射した第２レーザー光はそのまま透過され
て、透過面６９ｃから出射される。

【００６１】このものも、図３に示す構成のものに較べ
て、全反射ミラー５０を別途設ける必要がない分だけ、
光学系の構成が簡素化される。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、波長安定性の精度を劣
化させることなく装置全体の小型化を図ると共に省電力
化を図ることのできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる発振周波数安定化装置の説明
図で、（ａ）はその全体構成を示す図であり、（ｂ）は
その吸収セルの側面図である。

【図２】 図１に示すレーザー光源部の部分拡大図であ
る。

【図３】 図１に示す偏光ビームスプリッタ部の作用を
説明するための図であって、（ａ）はレーザー光源部か
ら出射されたパンプ光としてのレーザー光の透過・反射
を示す図であり、（ｂ）はプローブ光としてのレーザー
光の透過反射を示す図である。

【図４】 吸収セルによる飽和吸収の原理を説明するた
めの図である。

【図５】 飽和吸収スペクトルの説明図であって、
（ａ）はパンプ光のレーザー光の強度が低い場合の吸収
スペクトルを示し、（ｂ）はパンプ光のレーザー光の強
度を高めた場合の吸収スペクトルを示し、（ｃ）はパン
プ光の飽和吸収が生じた場合のプローブ光の吸収スペク
トルを示す。

【図６】 ゼーマン効果による吸収スペクトルの分離を
説明するための図である。

【図７】 図１に示す偏光ビームスプリッタ部の変形例
１の説明図であって、（ａ）はレーザー光源部から出射
されたパンプ光としてのレーザー光の透過・反射を示す
図であり、（ｂ）はプローブ光としてのレーザー光の透
過反射を示す図である。

【図８】 図１に示す偏光ビームスプリッタ部の変形例
２の説明図であって、（ａ）はレーザー光源部から出射
されたパンプ光としてのレーザー光の透過状態を示す図
であり、（ｂ）はプローブ光としてのレーザー光の透過
状態を示す図である。

【図９】 図１に示す偏光ビームスプリッタ部の変形例
３の説明図であって、（ａ）はレーザー光源部から出射
されたパンプ光としてのレーザー光の透過・反射状態を
示す図であり、（ｂ）はプローブ光としてのレーザー光
の反射・透過状態を示す図である。

【図１０】 従来の発振周波数安定化装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

３０ レーザー光源部 ３１ レーザーダイオード（レーザー光源） ３９、４０ 偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリ
ッタ部） ４１ １／４λ波長板 ４２ 吸収セル ４５ ハーフミラー ４６ 第１受光部 ４７ 第２受光部 ５１ 第３受光部 ５２ 第４受光部 ４８ 除算器（制御部） ４９ 除算器（制御部） ５３ 引き算器（制御部） ５４ 電流制御回路（制御部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 晋 東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプ コン内 Ｆターム(参考） 5F072 AB13 HH02 HH04 HH05 JJ05 KK05 KK15 KK30 TT27 5F073 AB25 AB29 EA03 FA25

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振周波数が制御可能なレーザー光源を
   有しかつレーザー光を出射するためのレーザー光源部
   と、 前記レーザー光源部からのレーザー光を互いに直交する
   方向の直線偏光成分を有する第１レーザー光と第２レー
   ザー光とに分離する偏光ビームスプリッタ部と、 該偏光ビームスプリッタ部により分離された二つのレー
   ザー光を互いに逆回り方向の円偏光に変換する１／４λ
   波長板と、 前記両円偏光のレーザー光の光路内に配置されて特定の
   吸収スペクトルを有する原子又は分子の気体が封入され
   ると共に一様に磁場が印加されている吸収セルと、 該吸収セルを透過した前記第１レーザー光と前記第２レ
   ーザー光とを入射方向と逆方向にそれぞれ一部反射する
   ハーフミラーと、 前記ハーフミラーを透過した第１レーザー光を受光する
   第１受光部と、 前記ハーフミラーを透過した第２レーザー光を受光する
   第２受光部と、 前記ハーフミラーにより反射されて前記吸収セルを透過
   した第１レーザー光を受光する第３受光部と、 前記ハーフミラーにより反射されて前記吸収セルを透過
   した第２レーザー光を受光する第４受光部と、 前記第１受光部の受光出力から前記第４受光部までの受
   光出力に基づいて、前記レーザー光源の発振周波数を前
   記吸収スペクトルに固定制御する制御部と、 からなることを特徴とするレーザー発振周波数安定化装
   置。
2. 【請求項２】 前記制御部は、前記第１受光部の受光出
   力と前記第３受光部の受光出力との比を演算するための
   第１除算器と、前記第２受光部の受光出力と前記第４受
   光部の受光出力との比を演算するための第２除算器と、
   前記第１除算器の出力と前記第２除算器の出力とが入力
   されてその差分を誤差信号として出力する引き算器と、
   該引き算器の誤差信号に基づいて前記レーザー光源の発
   振周波数が前記吸収スペクトルに一致するように電流制
   御する電流制御回路とからなることを特徴とする請求項
   １に記載のレーザー発振周波数安定化装置。
3. 【請求項３】 前記偏光ビームスプリッタ部は、該偏光
   ビームスプリッタ部に入射するレーザー光を第１直線偏
   光成分のレーザー光と第２直線偏光成分のレーザー光と
   に分離して第１直線偏光成分のレーザー光を透過させか
   つ第２直線偏光成分のレーザー光を反射する第１偏光分
   離面と、該第１偏光分離面で反射された第２直線偏光成
   分のレーザー光を反射しかつその第２直線偏光成分と直
   交する方向の直線偏光成分のレーザー光を透過させる第
   ２偏光分離面とを有する請求項１に記載のレーザー発振
   周波数安定化装置。
4. 【請求項４】 前記偏光ビームスプリッタ部は、前記レ
   ーザー光源部から出射されて該偏光ビームスプリッタ部
   に入射したレーザー光を第１直線偏光成分のレーザー光
   と第２直線偏光成分のレーザー光とに分離して第１直線
   偏光成分のレーザー光を透過させかつ第２直線偏光成分
   のレーザー光を反射する偏光分離面と、該偏光分離面で
   反射されたレーザー光を反射させる全反射面とを有する
   請求項１に記載のレーザー発振周波数安定化装置。
5. 【請求項５】 前記偏光ビームスプリッタ部は、前記レ
   ーザー光源部から出射されて該偏光ビームスプリッタ部
   に入射したレーザー光を正常光である第１直線偏光成分
   のレーザー光と異常光である第２直線偏光成分のレーザ
   ー光とに分離して、前記第１直線偏光成分をそのまま透
   過させ、前記第２直線偏光成分を屈折させて透過させる
   複屈折物質から構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載のレーザー発振周波数安定化装置。