JP2003029308A - Laser device - Google Patents
Laser deviceInfo
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に関
し、より詳しくは、射出されるレーザ光の周波数を安定
化させるとともに所望の値に可変させるレーザ装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device, and more particularly to a laser device that stabilizes the frequency of emitted laser light and changes it to a desired value.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光計測技術で使用される光源には、狭ス
ペクトル線幅の単一モード発振で、周波数安定度が良好
で、かつ周波数を所望の値に正確に変化させることがで
きるものが要求される。気体レーザ、例えばＨｅ−Ｎｅ
レーザは、狭スペクトルの単一モード発振を得ることが
でき、周波数安定度も高い。しかし、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
において周波数を可変とするためには、共振器長を変化
させなくてはならない。共振器を可動にすることは周波
数の安定度を犠牲にすることを意味する。従って、Ｈｅ
−Ｎｅレーザでは、周波数安定化、周波数可変の両方の
要請を満たすことは困難である。2. Description of the Related Art As a light source used in optical measurement technology, there is one that has a narrow spectrum line width and has a single mode oscillation, good frequency stability, and a frequency that can be accurately changed to a desired value. Required. Gas laser, eg He-Ne
The laser can obtain a narrow spectrum single mode oscillation and has high frequency stability. However, in order to make the frequency variable in the He-Ne laser, the cavity length must be changed. Moving the resonator means sacrificing frequency stability. Therefore, He
With the -Ne laser, it is difficult to satisfy both the requirements for frequency stabilization and frequency tuning.
【０００３】一方、半導体レーザは、注入電流を制御す
ることにより、発振周波数を容易に変化させることがで
きる。しかし、半導体レーザは気体レーザにくらべて周
波数安定度に劣る。また、半導体レーザから出射される
光束を回折格子に入射させ、この入射角を適当に調整す
ることにより、所望の周波数のみを取り出す方法も広く
知られている。しかし、この方法は、回折格子の品質、
及び回折格子の角度調整機構のアライメント精度によっ
て正確性が左右されてしまい、信頼性に欠けるという問
題がある。On the other hand, in a semiconductor laser, the oscillation frequency can be easily changed by controlling the injection current. However, the semiconductor laser is inferior in frequency stability to the gas laser. Further, a method is widely known in which a light beam emitted from a semiconductor laser is incident on a diffraction grating and the incident angle is appropriately adjusted to extract only a desired frequency. However, this method is
Also, the accuracy depends on the alignment accuracy of the angle adjusting mechanism of the diffraction grating, and there is a problem of lack of reliability.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みなされたもので、発振周波数を迅速かつ正確に
可変させるとともに安定化させることを可能としたレー
ザ装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser device capable of rapidly and accurately varying and stabilizing the oscillation frequency. To do.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本出願に係る第一の発明
に係るレーザ装置は、所定の波長のレーザ光を射出する
周波数安定化レーザ光源と、超音波振動により生ずるド
ップラシフトを利用して前記レーザ光の周波数をシフト
させる第一の音響光学周波数シフタと、前記音響光学周
波数シフタに後側焦点が位置するように配置された第一
のコリメート光学系と、この第一のコリメート光学系を
通過した光束を集光させる第二のコリメート光学系と、
超音波振動により生ずるドップラシフトを利用して前記
第二のコリメート光学系から射出されたレーザ光の周波
数をシフトさせる第二の音響光学周波数シフタと、超音
波を発生させるための駆動信号を前記第一及び第二の音
響光学周波数シフタに入力させるとともにこの駆動信号
の周波数を可変とした発振器とを備え、前記第二の音響
光学周波数シフタは、前記第二のコリメート光学系の前
側焦点位置に配置されるとともに、前記第二のコリメー
ト光学系からの入射光がその光軸となす角を２θとした
場合、回折角がθとなるように設定されていることを特
徴とする。A laser device according to a first invention of the present application utilizes a frequency-stabilized laser light source for emitting a laser beam of a predetermined wavelength and a Doppler shift generated by ultrasonic vibration. A first acousto-optical frequency shifter for shifting the frequency of the laser light, a first collimating optical system arranged so that a rear focal point is located in the acousto-optical frequency shifter, and the first collimating optical system. A second collimating optical system that collects the transmitted light flux,
A second acousto-optical frequency shifter that shifts the frequency of the laser light emitted from the second collimating optical system by using the Doppler shift generated by ultrasonic vibration, and a drive signal for generating ultrasonic waves, And an oscillator in which the frequency of the drive signal is made variable while being input to the first and second acousto-optic frequency shifters, and the second acousto-optic frequency shifter is arranged at the front focal position of the second collimating optical system. In addition, when the angle of the incident light from the second collimating optical system with the optical axis is 2θ, the diffraction angle is set to θ.
【０００６】この第一の発明によれば、周波数安定化レ
ーザ光源から射出されたレーザ光が、第一の音響光学周
波数シフタにより周波数シフトされる。また、周波数シ
フトされたレーザ光は、その周波数シフト量に応じて変
化する回折角だけ回折されるので、回折角は周波数シフ
ト量の大きさにより異なることになる。こうした異なる
回折角の光束は、いずれも第一のコリメート光学系を通
過することによりいずれも第一のコリメート光学系の光
軸に平行な光束とされ、さらに第二のコリメート光学系
により集光されて第二の音響光学周波数シフタに入射す
る。この第二の音響光学周波数シフタを通過した光の光
路は、もとの周波数安定化レーザからの入射光の光路と
略一致される。According to the first invention, the laser light emitted from the frequency-stabilized laser light source is frequency-shifted by the first acousto-optic frequency shifter. Further, since the frequency-shifted laser light is diffracted by the diffraction angle that changes according to the frequency shift amount, the diffraction angle differs depending on the magnitude of the frequency shift amount. By passing through the first collimating optical system, all the light beams with different diffraction angles are made into light beams parallel to the optical axis of the first collimating optical system, and are further condensed by the second collimating optical system. Incident on the second acousto-optic frequency shifter. The optical path of the light passing through the second acousto-optical frequency shifter is substantially matched with the optical path of the incident light from the original frequency-stabilized laser.
【０００７】本出願の第二の発明に係るレーザ装置は、
所定の波長のレーザ光を射出する周波数安定化レーザ光
源と、超音波振動により生ずるドップラシフトを利用し
て前記レーザ光の周波数をシフトさせる音響光学周波数
シフタと、前記音響光学周波数シフタに後側焦点が位置
するように配置されたコリメート光学系と、該コリメー
ト光学系からの光束をその入射してきた方向へ反射させ
る反射光学系とを備えたことを特徴とする。A laser device according to the second invention of the present application is
A frequency-stabilized laser light source that emits laser light of a predetermined wavelength, an acousto-optical frequency shifter that shifts the frequency of the laser light by using Doppler shift generated by ultrasonic vibration, and a rear focus on the acousto-optical frequency shifter. Is provided so as to be positioned, and a reflection optical system that reflects the light beam from the collimation optical system in the direction of incidence.
【０００８】この第二の発明によれば、音響光学周波数
シフタで周波数シフトされるとともに回折された光は、
その回折角の大きさに拘わらずコリメート光学系により
その光軸と平行に進行する光とされる。この平行に進行
する光は、反射光学系により入射してきた光路を逆行
し、再度音響光学周波数シフタに入射し、１度目の周波
数シフトと同一の周波数シフトを受けて射出する。この
射出光は、最初に音響光学周波数シフタに入射した光の
入射光路と略一致している。According to the second aspect of the invention, the light frequency-shifted and diffracted by the acousto-optic frequency shifter is:
Regardless of the size of the diffraction angle, the collimating optical system allows the light to travel parallel to the optical axis. The light traveling in parallel travels backward in the optical path that has entered through the reflective optical system, enters the acousto-optic frequency shifter again, and undergoes the same frequency shift as the first frequency shift and exits. This emitted light substantially coincides with the incident optical path of the light that first enters the acousto-optic frequency shifter.
【０００９】前記第一及び第二の発明において、前記音
響光学周波数シフタで生じた回折次数の異なる複数種類
の回折光のうち所望の回折次数の回折光を選択的に通過
させる選択手段を備えるのが好適である。これにより、
０次回折光や不要な散乱光を除去し、出力光の周波数を
安定化させることができる。この選択手段は、前記所望
の回折次数の回折光の回折角に相当する位置に開口を有
する開口絞り、又は、前記所望の回折次数の回折光の回
折角に相当する位置に配置され、通過する光束の偏光状
態変化させる位相差板とすることができる。In the first and second inventions, there is provided selection means for selectively passing the diffracted light of a desired diffraction order among a plurality of kinds of diffracted light having different diffraction orders generated by the acousto-optic frequency shifter. Is preferred. This allows
It is possible to stabilize the frequency of the output light by removing the 0th-order diffracted light and unnecessary scattered light. This selection means is arranged at an aperture stop having an aperture at a position corresponding to the diffraction angle of the diffracted light of the desired diffraction order, or at a position corresponding to the diffraction angle of the diffracted light of the desired diffraction order, and passes through. A phase difference plate that changes the polarization state of the light flux can be used.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】次に、本発明の第一の実施の形態
を、図面に基づいて説明する。図１は、第一の実施の形
態に係るレーザ装置１００の構成を示したものである。
図１に示すように、本実施の形態に係るレーザ装置１０
０は、一定の波長λｏ（周波数ｆｏ）のレーザ光を連続
して発振することのできる周波数安定化レーザ１を備え
ている。周波数安定化レーザ１としては、例えばＨｅ−
Ｎｅレーザが採用できる。周波数安定化レーザ１から射
出したレーザ光Ｌ１は、光アイソレ―タ２を通過した
後、波長変換装置３に入射する。波長変換装置３は、音
響光学周波数シフタ１１（以下ＡＯＦＳ１１という）、
コリメートレンズ１２、アパーチャ１３、コリメートレ
ンズ１４、及び音響光学周波数シフタ１５（以下ＡＯＦ
Ｓ１５という）を備えており、全体としてレーザ光L１
の周波数ｆoを所定量だけシフトさせる機能を有する。
この波長変換装置３をｎ段カスケード接続することによ
り、周波数シフト量をｎ倍にすることもできる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a laser device 100 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the laser device 10 according to the present embodiment.
0 includes a frequency-stabilized laser 1 capable of continuously oscillating laser light having a constant wavelength λo (frequency fo). The frequency-stabilized laser 1 is, for example, He-
Ne laser can be adopted. The laser beam L1 emitted from the frequency stabilizing laser 1 passes through the optical isolator 2 and then enters the wavelength conversion device 3. The wavelength conversion device 3 includes an acousto-optical frequency shifter 11 (hereinafter referred to as AOFS11),
Collimating lens 12, aperture 13, collimating lens 14, and acousto-optic frequency shifter 15 (hereinafter referred to as AOF
S15), and the laser light L1 as a whole
It has a function of shifting the frequency fo of a predetermined amount.
By connecting the wavelength conversion devices 3 in an n-stage cascade, the frequency shift amount can be increased by n times.
【００１１】ＡＯＦＳ１１は、超音波伝搬媒体１１ａ
と、この超音波伝搬媒体１１ａの一端に貼り付けられた
トランスデューサ１１ｂを備えている。このトランスデ
ューサ１１ｂは、発振器４からの駆動信号により振動す
るようになっている。この振動により、超音波伝搬媒体
１１ａ内には超音波が伝搬し、この超音波が、超音波伝
搬媒体１１ａに入射した光束に対してドップラシフトを
生じさせる。この超音波の周波数ｆａがｆａ＝ｆ１であ
る場合、周波数安定化レーザ１からの入射レーザ光束Ｌ
1の周波数（ｆｏ）は、この超音波の周波数ｆ１の分だ
け変化させられ、出射光Ｌ2の周波数ｆｄはｆｄ＝ｆ１
±ｆoとなる。ｆ１＋ｆoとなるかｆ１−ｆoとなるか
は、回折光と超音波の進行方向の相対的な向きに依存す
る。本実施の形態では、図１に示すように、両者の相対
的な向きが同一であるので、ｆｄ＝ｆ１＋ｆｏとなる。The AOFS 11 is an ultrasonic wave propagation medium 11a.
And a transducer 11b attached to one end of the ultrasonic wave propagation medium 11a. This transducer 11b is adapted to vibrate by the drive signal from the oscillator 4. Due to this vibration, an ultrasonic wave propagates in the ultrasonic wave propagation medium 11a, and this ultrasonic wave causes a Doppler shift with respect to the light beam incident on the ultrasonic wave propagation medium 11a. When the frequency fa of this ultrasonic wave is fa = f1, the incident laser light flux L from the frequency stabilizing laser 1
The frequency (fo) of 1 is changed by the frequency f1 of this ultrasonic wave, and the frequency fd of the emitted light L2 is fd = f1.
It becomes ± fo. Whether it becomes f1 + fo or f1-fo depends on the relative direction of the traveling direction of the diffracted light and the ultrasonic wave. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, since the relative directions of both are the same, fd = f1 + fo.
【００１２】また、この超音波伝搬媒体１１a内に伝搬
する超音波が屈折率変化の波を生じさせ、この波が回折
格子として作用し、ブラッグ回折の条件を満たす入射角
θｉ＝θBで入射した光束を、入射角θBと等しい回折角
θｄ＝θBで回折させる。なお、このθBは、超音波伝搬
媒体１１ａ内を伝搬する超音波の波長をΛとした場合、
次に示す数式１で表される。従って、射出光Ｌ2は、入
射光Ｌ1に対して角度にして２θBだけ偏向させられてい
る。Further, the ultrasonic waves propagating in the ultrasonic wave propagation medium 11a generate a wave having a change in refractive index, and this wave acts as a diffraction grating, and is incident at an incident angle θi = θ B satisfying the condition of Bragg diffraction. The formed light beam is diffracted at a diffraction angle θd = θ B equal to the incident angle θ B. It should be noted that this θ B is given by the following formula where the wavelength of the ultrasonic wave propagating in the ultrasonic wave propagation medium 11a is Λ:
It is expressed by the following mathematical formula 1. Therefore, the emitted light L2 is deflected by 2θ B at an angle with respect to the incident light L1.
【００１３】[0013]
【数１】θB＝λｏ／（２Λ）## EQU1 ## θ B = λo / (2Λ)
【００１４】ここで、発振器４から出力される駆動信号
の周波数を変化させ、超音波伝搬素子１１ａ内を伝搬す
る超音波の周波数ｆａをｆ１からｆ１＋Δｆに変化させ
ると、ＡＯＦＳ１１から射出する射出光（図１中のＬ
3）の周波数ｆｄもｆｏ＋ｆ１からｆ１＋（ｆｏ＋Δ
ｆ）に変化する。また、射出光の回折角もΔθ＝λo・
Δｆ／２ｖ（ただし、ｖは超音波の速度）だけ増加す
る。Here, when the frequency of the drive signal output from the oscillator 4 is changed and the frequency fa of the ultrasonic wave propagating in the ultrasonic wave propagation element 11a is changed from f1 to f1 + Δf, the emitted light from the AOFS 11 ( L in FIG.
The frequency fd of 3) is also from fo + f1 to f1 + (fo + Δ
f). Also, the diffraction angle of the emitted light is Δθ = λo ・
Increase by Δf / 2v (where v is the velocity of the ultrasonic wave).
【００１５】コリメータレンズ１２は、その後側焦点Ｒ
ＰがＡＯＦＳ１１に存在する。このため、コリメートレ
ンズ１２を通過した光は、回折角θｄの大きさにかかわ
らず、コリメートレンズ１２の光軸Oと水平に進行する
平行光束となる。すなわち、回折光Ｌ２、Ｌ３は、コリ
メータレンズ１２を通過後は、いずれもその光軸Ｏと平
行に進行する。回折光Ｌ２（Ｌ３）は、アパーチャ１３
を通過してコリメートレンズ１４に達する。コリメート
レンズ１４は、その前側焦点ＡＰがＡＯＦＳ１５に略一
致している。The collimator lens 12 has a rear focus R.
P is present in AOFS11. Therefore, the light that has passed through the collimator lens 12 becomes a parallel light flux that travels horizontally with the optical axis O of the collimator lens 12 regardless of the size of the diffraction angle θd. That is, after passing through the collimator lens 12, the diffracted lights L2 and L3 both proceed parallel to the optical axis O thereof. The diffracted light L2 (L3) is transmitted through the aperture 13
To reach the collimator lens 14. The front focus AP of the collimator lens 14 is substantially aligned with the AOFS 15.
【００１６】ＡＯＦＳ１５は、超音波伝搬素子１５ａ
と、これに貼り付けられたトランスデューサ１５ｂとに
より構成されており、コリメートレンズ１４を通って入
射する光束を回折させて進行方向を変化させるととも
に、その波長を変化させる機能を備えている。トランス
デューサ１５ｂは、発振器４からの駆動信号により振動
させられる。この振動により、超音波伝搬媒体１５ａ内
には超音波が伝搬し、この超音波が、超音波伝搬媒体１
５ａに入射した光束に対してドップラシフトを生じさせ
る。The AOFS 15 is an ultrasonic wave propagation element 15a.
And a transducer 15b attached thereto, which has a function of diffracting the light flux incident through the collimator lens 14 to change the traveling direction and a wavelength thereof. The transducer 15b is vibrated by the drive signal from the oscillator 4. Due to this vibration, an ultrasonic wave propagates in the ultrasonic wave propagation medium 15a, and this ultrasonic wave is transmitted to the ultrasonic wave propagation medium 1a.
A Doppler shift is generated with respect to the light beam incident on 5a.
【００１７】ＡＯＦＳ１５は、入射光Ｌ２が光軸Ｏとな
す角を２θB´とした場合、ブラッグ回折角がθB´とな
るように設定されている。これにより、ＡＯＦＳ１５に
入射して回折されて出射する光束は、光軸Ｏと略一致さ
せられる。The AOFS 15 is set so that the Bragg diffraction angle is θ B ′ when the angle formed by the incident light L2 and the optical axis O is 2θ B ′. As a result, the luminous flux that enters the AOFS 15, is diffracted, and then exits is substantially aligned with the optical axis O.
【００１８】このアパーチャ１３は、ＡＯＦＳ１１で生
じた０次回折光や、２次以上の回折光などの不要な光を
カットするためのものである。例えば、0次回折光（透
過光）は、ＡＯＦＳ１１を通過しても周波数の変化を受
けず、また進行方向も変更されず、ＡＯＦＳ１１を射出
した後も光軸Ｏに沿って進む。そこで、こうした０次回
折光をカットするため、アパーチャ１３の光軸Ｏとクロ
スする部分は遮光されている。すなわち、アパーチャ１
３は、ＡＯＦＳ１１から射出される射出光の周波数の変
化に伴う回折角の変化に対応できるだけの開口を備えて
いる。なお、発振器４からの駆動信号の周波数は、周波
数カウンタ７で計測され、この周波数カウンタ７の出力
に基づき、最終的に出力される光の周波数ｆoutが算出
されえるようになっている。The aperture 13 is for cutting off unnecessary light such as zero-order diffracted light generated by the AOFS 11 and diffracted light of second or higher order. For example, the 0th-order diffracted light (transmitted light) does not change in frequency even when passing through the AOFS 11 and its traveling direction is not changed, and travels along the optical axis O even after it exits the AOFS 11. Therefore, in order to cut such 0th-order diffracted light, the portion of the aperture 13 that intersects the optical axis O is shielded. That is, aperture 1
Reference numeral 3 is provided with an opening capable of coping with a change in the diffraction angle due to a change in the frequency of the light emitted from the AOFS 11. The frequency of the drive signal from the oscillator 4 is measured by the frequency counter 7, and the frequency fout of the finally output light can be calculated based on the output of the frequency counter 7.
【００１９】アパーチャ１３の代わりに、図２に示すよ
うに、回折光Ｌ２、Ｌ３の光路に相当する部分に、入射
する光の偏光方向を変化させる１／２波長板１６を配置
するとともに、ＡＯＦＳ１５の後方に、偏光ビームスプ
リッタ１７を設けてもよい。この構成によれば、例えば
ＡＯＦＳ１１でブラッグ回折されて出射される回折光が
Ｓ偏光であるとすると、１／２波長板１６によりこの光
束はＰ偏光に変えられ、偏光ビームスプリッタ１７を通
過する。As shown in FIG. 2, instead of the aperture 13, a ½ wavelength plate 16 for changing the polarization direction of the incident light is arranged in a portion corresponding to the optical path of the diffracted light L2, L3, and the AOFS 15 is arranged. The polarization beam splitter 17 may be provided behind the. According to this configuration, assuming that the diffracted light that is Bragg-diffracted by the AOFS 11 and is emitted is S-polarized light, the light flux is converted into P-polarized light by the ½ wavelength plate 16 and passes through the polarization beam splitter 17.
【００２０】一方、ＡＯＦＳ１１で回折されなかった０
次回折光は、１／２波長板１６を通過しないからＳ偏光
のままであり、偏光ビームスプリッタ１７で反射され
る。その他の不要な散乱光も同様である。これにより、
必要とされる回折光と、不要な０次回折光及び散乱光を
分離させることができ、アパーチャ１３を使用する場合
と同様の効果を得ることが出来る。また、図３に示すよ
うに、ＡＯＦＳ１５のトランスデューサ１５ｂへ送られ
る駆動信号を、ゲイン変調器８により振幅変調し、これ
によりＡＯＦＳ１５からの出力光の光強度を変化させら
れるようにしてもよい。On the other hand, 0 which was not diffracted by AOFS11
The second-order diffracted light does not pass through the half-wave plate 16 and remains as S-polarized light, and is reflected by the polarization beam splitter 17. The same applies to other unnecessary scattered light. This allows
The necessary diffracted light and the unnecessary 0th-order diffracted light and scattered light can be separated, and the same effect as when the aperture 13 is used can be obtained. Further, as shown in FIG. 3, the drive signal sent to the transducer 15b of the AOFS 15 may be amplitude-modulated by the gain modulator 8 to change the light intensity of the output light from the AOFS 15.
【００２１】次に、本発明の第二の実施の形態を、図４
に基づいて説明する。第一の実施の形態と共通する部材
については共通の番号を付しており、第一の実施の形態
と共通する部材であって複数存在する部材は、ハイフン
（−）付き数字により示している。また、図４では、波
長変換装置３−１、３−２を２段カスケード接続してい
るが、単段又は３段以上としても構わない。この第二の
実施の形態では、各波長変換装置３−１、３−２が、単
一のＡＯＦＳ１１‐１、１１‐２と、その後方に配置さ
れたリトロ配置光学系Ｒ１、Ｒ２とから構成されている
点が、第一の実施の形態と異なる。すなわち、リトロ配
置光学系Ｒ1、Ｒ２を設けることにより、コリメートレ
ンズ、ＡＯＦＳが各１個で足りるようにしている。リト
ロ配置光学系Ｒｎ（ｎ＝１，２）は、ＡＯＦＳ１１−ｎ
に後側焦点を有するコリメートレンズ１２−ｎと、アパ
ーチャ１３−ｎと、１／４波長板１７−ｎと、全反射ミ
ラー１８−ｎとから構成されている。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
It will be described based on. Members common to the first embodiment are given common numbers, and members that are common to the first embodiment and that exist in a plurality are indicated by hyphen (-) numbers. . Further, in FIG. 4, the wavelength conversion devices 3-1 and 3-2 are cascade-connected in two stages, but they may be single stage or three or more stages. In the second embodiment, each of the wavelength conversion devices 3-1 and 3-2 is composed of a single AOFS 11-1 and 11-2 and a retro-position optical system R1 or R2 arranged behind the single AOFS 11-1 or 11-2. This is different from the first embodiment. That is, by providing the retro-arrangement optical systems R1 and R2, one collimator lens and one AOFS are sufficient. The retro-arranged optical system Rn (n = 1, 2) is AOFS11-n.
It is composed of a collimator lens 12-n having a rear focal point, an aperture 13-n, a quarter-wave plate 17-n, and a total reflection mirror 18-n.
【００２２】ＡＯＦＳ１１−ｎは、発振器４−ｎと接続
されており、発振器４−ｎは、増幅器５−ｎを介して超
音波源としての駆動信号をＡＯＦＳ１１−ｎに加え、超
音波をＡＯＦＳ１１−ｎ内に伝搬させる。発振器４−ｎ
は、第一の実施の形態と同様に、ＡＯＦＳ１１−ｎから
の出力光の周波数を変化させるためのものである。この
構成において、周波数安定化レーザ１から射出されて光
アイソレ−タ２を通過したレーザ光Ｌ１（ここではP偏
光であるものとする）は、ミラー２１で反射し、１／２
波長板において偏光方向を９０度変更され、S偏光に変
更される。The AOFS 11-n is connected to an oscillator 4-n, and the oscillator 4-n applies a drive signal as an ultrasonic source to the AOFS 11-n via an amplifier 5-n to apply ultrasonic waves to the AOFS 11-n. Propagate in n. Oscillator 4-n
Is for changing the frequency of the output light from the AOFS 11-n, as in the first embodiment. In this configuration, the laser light L1 (which is assumed to be P-polarized here) emitted from the frequency stabilizing laser 1 and passing through the optical isolator 2 is reflected by the mirror 21 and becomes 1/2
In the wave plate, the polarization direction is changed by 90 degrees and changed to S polarization.
【００２３】S偏光とされたレーザ光Ｌ１は、偏光ビー
ムスプリッタ２３−１において反射され、波長変換装置
３−１に入射する。ＡＯＦＳ１１−１に入射するレーザ
光Ｌ１の周波数ｆｏは、ＡＯＦＳ１１−１内を伝搬する
超音波の周波数ｆａ＝ｆ１の大きさだけ増加してｆｏ＋
ｆ１となる。同時に、レーザ光Ｌ１は、ＡＯＦＳ１１−
１内を伝搬する超音波の周波数ｆａの大きさに応じた回
折角θｄで回折される。このため、超音波の周波数ｆａ
が変化すると、この回折角θｄも異なることになり、例
えば図４中のＬ２、Ｌ３のように、異なる角度の光束と
なる。コリメートレンズ１２−１を通過すると、これら
の回折角Ｌ２、Ｌ３はいずれも光軸Ｏと平行に進行する
光束となる。The S-polarized laser light L1 is reflected by the polarization beam splitter 23-1 and enters the wavelength conversion device 3-1. The frequency fo of the laser light L1 incident on the AOFS 11-1 is increased by the magnitude of the frequency fa = f1 of the ultrasonic wave propagating in the AOFS 11-1 to fo +.
It becomes f1. At the same time, the laser beam L1 emits AOFS11-
It is diffracted at a diffraction angle θd according to the magnitude of the frequency fa of the ultrasonic wave propagating in the unit 1. Therefore, the ultrasonic frequency fa
Changes, the diffraction angle θd also becomes different, and the light beams have different angles, for example, L2 and L3 in FIG. After passing through the collimator lens 12-1, these diffraction angles L2 and L3 both become a light flux that travels parallel to the optical axis O.
【００２４】そして、この光束はアパーチャ１３−１を
通過し、１／２波長板１７−１で円偏光に偏光された
後、全反射ミラー１８−１で反射する。この反射光は、
１／２波長板でP偏光に偏光された後、コリメートレン
ズ１２−１に入射する。コリメートレンズ１２−１を通
過した光は、再び焦点ＲＰに集光され、ＡＯＦＳ１１−
１で周波数シフトを受ける。このため、波長変換装置３
に入射して射出した光は、ＡＯＦＳ１１−１内を伝搬す
る超音波の周波数ｆａの２倍の周波数シフトを受けたこ
とになる。なお、アパーチャ１３‐ｎは、第一の実施の
形態と同様に、０次回折光及び２次以上の回折光をカッ
トするためのものである。偏光ビームスプリッタ２３−
１を通過した光は、次段の波長変換装置３−２に入射さ
れ、波長変換装置３−１における場合と同様の作用を受
けた後、ミラー２５を介して外部に出力される。Then, this light beam passes through the aperture 13-1, is polarized into circularly polarized light by the half-wave plate 17-1, and then is reflected by the total reflection mirror 18-1. This reflected light is
After being polarized into P-polarized light by the half-wave plate, the light enters the collimator lens 12-1. The light that has passed through the collimator lens 12-1 is focused again on the focal point RP, and the AOFS 11-
1 undergoes frequency shift. Therefore, the wavelength conversion device 3
The light that has entered and exited has undergone a frequency shift that is twice the frequency fa of the ultrasonic wave propagating in the AOFS 11-1. The aperture 13-n is for cutting off the 0th-order diffracted light and the diffracted light of the 2nd-order or more, as in the first embodiment. Polarizing beam splitter 23-
The light that has passed through 1 is incident on the wavelength conversion device 3-2 at the next stage, undergoes the same action as in the wavelength conversion device 3-1, and is then output to the outside via the mirror 25.
【００２５】図４の装置では、１／２波長板２２、偏光
ビームスプリッタ２３−ｎ、１／４波長板１７−ｎ等に
より、光量の減衰を防止しているが、光量の減衰が問題
とならない場合には、波長板を省略するとともに、偏光
ビームスプリッタをハーフミラーに置き換えても良い。In the apparatus shown in FIG. 4, the attenuation of the light quantity is prevented by the 1/2 wavelength plate 22, the polarization beam splitter 23-n, the 1/4 wavelength plate 17-n, etc., but the attenuation of the light quantity poses a problem. If not, the wave plate may be omitted and the polarization beam splitter may be replaced with a half mirror.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るレーザ
装置は、波長可変のために音響光学周波数シフタと発振
器を使用しており、共振器長を変化させる等のような機
械的な構成要素が不要となるので、発振周波数を迅速、
正確かつ安定的に可変させるとともに、発振周波数を安
定化させることが出来る。また、周波数偏移量の大小に
よらず、入射光と射出光の光路が略一致しているので、
光学調整が容易になる。As described above, the laser device according to the present invention uses an acousto-optic frequency shifter and an oscillator for wavelength tuning, and has a mechanical structure such as changing the cavity length. Since no element is needed, the oscillation frequency can be increased quickly.
The oscillation frequency can be stabilized accurately and stably. Also, regardless of the magnitude of the frequency shift amount, since the optical paths of the incident light and the emitted light are substantially the same,
Optical adjustment becomes easy.
【図１】本発明の第一の実施の形態に係るレーザ装置の
構成を示す。FIG. 1 shows a configuration of a laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】第一の実施の形態の変形例を示す。FIG. 2 shows a modification of the first embodiment.
【図３】第一の実施の形態の変形例を示す。FIG. 3 shows a modification of the first embodiment.
【図４】本発明の第二の実施の形態に係るレーザ装置の
構成を示す。FIG. 4 shows a configuration of a laser device according to a second embodiment of the present invention.
１・・・・・・周波数安定化レーザ ２・・・・・・光アイソレ−タ ３・・・・・・波長変換装置 ４、４−１，４−２・・・・・・発振器 ５、５−１，５−２、６・・・・・・増幅器 ７・・・・・・周波数カウンタ ８・・・・・・ゲイン変調器 １１、１５・・・・・・音響光学周波数シフタ（ＡＯＦＳ） １２、１４・・・・・・コリメートレンズ １３・・・・・・アパーチャ １６・・・・・・１／２波長板 １７・・・・・・偏光ビームスプリッタ １８−１、１８−２・・・・・・１／４波長板 １９−１、１９−２・・・・・・全反射ミラー ２１、２４−１、２４−２、２５・・・・・・ミラー ２２・・・・・・１／２波長板 1 ・ ・ ・ ・ Frequency-stabilized laser 2 ... Optical isolator 3 ... Wavelength converter 4, 4-1 and 4-2 ... Oscillator 5,5-1,5-2,6 ... Amplifier 7 ... Frequency counter 8 ... Gain modulator ··········· Acousto-optic frequency shifter (AOFS) 12, 14 ... Collimating lens 13 ... Aperture 16 ... 1/2 wave plate 17 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Polarizing beam splitter 18-1, 18-2 ... 1/4 wave plate 19-1, 19-2 ... Total reflection mirror 21, 24-1, 24-2, 25 ... Mirror 22 ... ・ Half wave plate
Claims (5)
安定化レーザ光源と、超音波振動により生ずるドップラ
シフトを利用して前記レーザ光の周波数をシフトさせる
第一の音響光学周波数シフタと、 前記音響光学周波数シフタに後側焦点が位置するように
配置された第一のコリメート光学系と、 この第一のコリメート光学系を通過した光束を集光させ
る第二のコリメート光学系と、 超音波振動により生ずるドップラシフトを利用して前記
第二のコリメート光学系から射出されたレーザ光の周波
数をシフトさせる第二の音響光学周波数シフタと、 超音波を発生させるための駆動信号を前記第一及び第二
の音響光学周波数シフタに入力させるとともにこの駆動
信号の周波数を可変とした発振器とを備え、 前記第二の音響光学周波数シフタは、前記第二のコリメ
ート光学系の前側焦点位置に配置されるとともに、前記
第二のコリメート光学系からの入射光がその光軸となす
角を２θとした場合、回折角がθとなるように設定され
ていることを特徴とするレーザ装置。1. A frequency-stabilized laser light source that emits laser light of a predetermined wavelength, a first acousto-optical frequency shifter that shifts the frequency of the laser light by utilizing Doppler shift caused by ultrasonic vibration, and A first collimating optical system arranged so that the rear focal point is located on the acousto-optic frequency shifter, a second collimating optical system that condenses the light flux that has passed through this first collimating optical system, and ultrasonic vibration The second acousto-optical frequency shifter that shifts the frequency of the laser beam emitted from the second collimating optical system by using the Doppler shift generated by the first and the second and the drive signals for generating ultrasonic waves. The second acousto-optic frequency shifter is provided with an oscillator in which the frequency of this drive signal is variable while being input to the second acousto-optic frequency shifter. The diffraction angle is set to θ when the incident light from the second collimating optical system is located at the front focus position of the second collimating optical system and the angle formed with the optical axis of the second collimating optical system is 2θ. Laser device characterized by being provided.
安定化レーザ光源と、 超音波振動により生ずるドップラシフトを利用して前記
レーザ光の周波数をシフトさせる音響光学周波数シフタ
と、 前記音響光学周波数シフタに後側焦点が位置するように
配置されたコリメート光学系と、 該コリメート光学系からの光束をその入射してきた方向
へ反射させる反射光学系とを備えたことを特徴とするレ
ーザ装置。2. A frequency-stabilized laser light source that emits laser light of a predetermined wavelength, an acousto-optic frequency shifter that shifts the frequency of the laser light by using Doppler shift generated by ultrasonic vibration, and the acousto-optic frequency. A laser device comprising: a collimator optical system arranged in a shifter such that a rear focal point is positioned; and a reflection optical system for reflecting a light beam from the collimator optical system in a direction of incidence thereof.
次数の異なる複数種類の回折光のうち所望の回折次数の
回折光を選択的に通過させる選択手段を備えた請求項1
又は２に記載のレーザ装置。3. The selection means for selectively passing diffracted light of a desired diffraction order among a plurality of types of diffracted light of different diffraction orders generated by the acousto-optic frequency shifter.
Alternatively, the laser device according to item 2.
回折光の回折角に相当する位置に開口が位置するように
配置された開口絞りである請求項３に記載のレーザ装
置。4. The laser device according to claim 3, wherein the selection unit is an aperture stop arranged such that an aperture is located at a position corresponding to a diffraction angle of the diffracted light of the desired diffraction order.
回折光の回折角に相当する位置に配置され、通過する光
束の偏光状態を変化させる位相差板である請求項３に記
載のレーザ装置。5. The laser according to claim 3, wherein the selecting means is a retardation plate arranged at a position corresponding to a diffraction angle of the diffracted light of the desired diffraction order and changing a polarization state of a light flux passing therethrough. apparatus.
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2001
- 2001-07-11 JP JP2001210761A patent/JP3999480B2/en not_active Expired - Fee Related
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