JP2011100812A - レーザ光源装置、及びレーザ光源の調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】共振器から出射される光を高精度かつ適切に調整することができ、長期安定性を確保することができるレーザ光源装置の提供。
【解決手段】レーザ光源装置１は、光源２と、共振器３と、導光手段４と、制御ユニット６とを備える。共振器３は、エタロン３５を備える。導光手段４は、共振器３から出射される光の波長、及び強度を検出する。制御ユニット６は、強度調整部と、波長調整部とを備える。強度調整部は、共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整する。波長調整部は、導光手段４にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、及び共振器３における共振器長を同時に調整することによって、強度調整部にて調整された状態を維持しながら共振器３から出射される光の波長を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源装置、及びレーザ光源の調整システムに関する。

従来、光源と、光源から出射される光をマルチモードで発振する共振器と、共振器の内部の光軸上に配設され、所定の波長の光を透過させるエタロンとを備えるレーザ光源が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の周波数安定化レーザ（レーザ光源）は、励起用半導体レーザ（光源）と、共振波生成部（共振器）と、２つのエタロンとを備えている。また、特許文献１に記載の周波数安定化レーザでは、共振波生成部の光軸に対する各エタロンの角度、共振波生成部の温度、及び共振波生成部における共振器長を調整することによって、共振波生成部から出射される光をシングルモードにするとともに、共振波生成部から出射される光の波長、及び強度を調整している（以下、光の波長、及び強度を調整することを、単に光を調整するというものとする）。

図８は、従来のレーザ光源において、共振器から出射される光を調整している状態を示す図である。なお、図８では、光の波長を横軸とし、光の強度、及びエタロンの波長透過特性のゲインを縦軸としている。
共振器は、図８に示すように、光源から出射される光をマルチモードで発振している（Ｌ１〜Ｌ５）。そして、共振器の内部の光軸上には、波長透過特性Ｗを有するエタロンが配設されているので、マルチモードで発振する光のモード間隔と、エタロンの波長透過特性Ｗとを調整することによって、共振器から出射される光をシングルモードにするとともに、共振器から出射される光を調整することができる。

ここで、共振器の光軸に対するエタロンの角度を調整すると、エタロンの波長透過特性Ｗを変化させることができる。また、共振器の光軸に対するエタロンの角度を調整すると、エタロンの光路長が変化し、ひいては共振器における共振器長が変化するので、マルチモードで発振する光のモード間隔も変化することとなる。
そして、共振器の温度を調整すると、エタロンの温度が変化するのでエタロンの波長透過特性Ｗを変化させることができる。また、共振器の温度を調整すると、熱膨張、及び熱収縮の影響で共振器における共振器長が変化するので、マルチモードで発振する光のモード間隔も変化することとなる。
さらに、共振器における共振器長を調整すると、マルチモードで発振する光のモード間隔を変化させることができる。

具体的に、特許文献１に記載の周波数安定化レーザでは、まず、図８（Ａ）に示すように、共振波生成部の光軸に対する各エタロンの角度と、共振波生成部の温度とを調整することによって、エタロンの波長透過特性Ｗにおける中心波長と、マルチモードで発振する光の縦モードのうち（Ｌ１〜Ｌ５）、いずれかの縦モードの波長とを一致させるように、すなわち共振器から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整している。なお、図８では、エタロンの波長透過特性Ｗにおける中心波長と、縦モードＬ３の波長とを一致させるように調整している。
そして、共振波生成部における共振器長を調整することによって、図８（Ｂ）に示すように、マルチモードで発振する光のモード間隔を変化させて共振器から出射される光の波長が目標波長Ｔとなるように調整している。

特開２００７−１９３６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の周波数安定化レーザでは、共振器から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整した後、共振波生成部から出射される光の波長を調整しているので、エタロンの波長透過特性Ｗにおける中心波長と、縦モードＬ３の波長とがずれてしまうこととなる。したがって、共振器から出射される光を高精度かつ適切に調整することができないという問題がある。また、共振器から出射される光を高精度かつ適切に調整することができないので、経年変化の影響などによって、モードホップなどの不具合が発生しやすくなり、レーザ光源装置の長期安定性を確保することができないという問題がある。

本発明の目的は、共振器から出射される光を高精度かつ適切に調整することができ、長期安定性を確保することができるレーザ光源装置、及びレーザ光源の調整システムを提供することにある。

本発明のレーザ光源装置は、光源と、前記光源から出射される光をマルチモードで発振する共振器と、前記共振器の内部の光軸上に配設され、所定の波長の光を透過させるエタロンとを備えるレーザ光源装置であって、前記共振器から出射される光の波長、及び強度を検出する検出手段と、前記検出手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記共振器から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように、前記共振器の光軸に対する前記エタロンの角度、前記エタロンの温度、及び前記共振器における共振器長の各パラメータのうち、少なくとも１つを調整する強度調整部と、前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記各パラメータのうち、少なくとも２つを同時に調整することによって、前記強度調整部にて調整された状態を維持しながら前記共振器から出射される光の波長を調整する波長調整部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、レーザ光源装置は、強度調整部にて共振器から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整された状態を維持しながら共振器から出射される光の波長を調整する波長調整部を備えるので、共振器から出射される光を高精度かつ適切に調整することができ、長期安定性を確保することができる。

本発明では、前記波長調整部は、前記共振器の光軸に対する前記エタロンの角度、または前記エタロンの温度と、前記共振器における共振器長とを同時に調整することによって、前記共振器から出射される光の波長を調整することが好ましい。

ここで、共振器における共振器長を調整すると、エタロンの波長透過特性を変化させることなくマルチモードで発振する光のモード間隔を変化させることができる。
したがって、本発明によれば、波長調整部を、共振器の光軸に対するエタロンの角度と、エタロンの温度とを同時に調整することによって、共振器から出射される光の波長を調整するように構成した場合と比較して、共振器から出射される光の波長を容易に調整することができる。

本発明では、前記強度調整部、及び前記波長調整部は、前記共振器の温度を調整することによって、前記エタロンの温度を調整することが好ましい。

このような構成によれば、従来のレーザ光源と同様の構成を採用することができるので、新たな部品等を追加することなく、共振器から出射される光を高精度かつ適切に調整することができ、長期安定性を確保することができる。

本発明では、前記制御手段は、前記強度調整部、及び前記波長調整部にて調整された前記各パラメータに係る情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された情報を読み込むことで前記各パラメータを調整し、前記共振器から出射される光を調整する読込調整部とを備えることが好ましい。

このような構成によれば、制御手段は、記憶部と、読込調整部とを備えるので、例えば、強度調整部、及び波長調整部にて各パラメータを調整したときに各パラメータに係る情報を記憶部に記憶させるとともに、レーザ光源装置を起動したときに読込調整部に各パラメータを調整させるように制御手段を構成することができる。これによれば、レーザ光源装置を起動したときに共振器から出射される光を迅速に調整することができ、高精度かつ適切に調整することができる。

本発明では、前記制御手段は、前記強度調整部、及び前記波長調整部にて前記共振器から出射される光を調整したときに前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度を前記記憶部に記憶させる調整状態保存部と、前記調整状態保存部にて記憶された光の波長、及び強度と、前記読込調整部にて前記共振器から出射される光を調整したときに前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度とを比較し、再調整をするか否かを判定する再調整判定部と、前記再調整判定部にて再調整すると判定されると、前記強度調整部、及び前記波長調整部に前記共振器から出射される光を調整させる再調整実行部とを備えることが好ましい。

このような構成によれば、調整状態保存部は、強度調整部、及び波長調整部にて共振器から出射される光を調整したときに検出手段にて検出される光の波長、及び強度を記憶部に記憶させるので、記憶部は、共振器から出射される光を高精度かつ適切に調整したときに検出手段にて検出される光の波長、及び強度を記憶することとなる。
これに対して、読込調整部は、記憶部に記憶された情報を読み込むことで各パラメータを調整し、共振器から出射される光を調整するので、読込調整部にて共振器から出射される光を調整したときに検出手段にて検出される光の波長、及び強度は、経年変化の影響などによって、調整状態保存部にて記憶部に記憶された光の波長、及び強度とは異なる場合がある。

本発明によれば、制御手段は、再調整判定部と、再調整実行部とを備え、再調整判定部にて再調整すると判定されると、再調整実行部は、強度調整部、及び波長調整部に共振器から出射される光を調整させるので、例えば、経年変化の影響によって、共振器から出射される光の波長、及び強度が変化した場合や、モードホップなどの不具合が発生した場合などに強度調整部、及び波長調整部に共振器から出射される光を調整させることができる。したがって、長期安定性を確実に確保することができる。

本発明では、前記共振器から出射される光を変調することでヨウ素の飽和吸収線を検出するための飽和吸収線検出手段を備え、前記検出手段は、前記飽和吸収線検出手段にて検出されるヨウ素の飽和吸収線に基づいて、前記共振器から出射される光の波長を検出することが好ましい。

ここで、共振器から出射される光の波長を検出する検出手段としては、例えば、回折格子や、干渉計によるものを採用することができる。しかしながら、共振器から出射される光の波長を高精度に検出したい場合には、高価な検出手段を採用しなければならないので、レーザ光源装置の製造コストが増加するという問題がある。
これに対して、本発明のレーザ光源装置は、飽和吸収線検出手段を備え、この飽和吸収線検出手段にて検出されるヨウ素の飽和吸収線は、共振器から出射される光の中心波長を安定させるために用いられている。また、飽和吸収線検出手段にて検出されるヨウ素の飽和吸収線を参照することで共振器から出射される光の波長を高精度に検出することができる。したがって、本発明によれば、検出手段は、飽和吸収線検出手段にて検出されるヨウ素の飽和吸収線に基づいて、共振器から出射される光の波長を検出するので、波長調整部は、共振器から出射される光を更に高精度に調整することができる。

なお、飽和吸収線検出手段にて検出されるヨウ素の飽和吸収線を参照することで検出することができる光の波長の範囲は、回折格子や、干渉計にて検出することができる光の波長の範囲よりも狭い。したがって、波長調整部は、回折格子や、干渉計にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、共振器から出射される光の波長を調整した後、ヨウ素の飽和吸収線を参照することで検出される光の波長に基づいて、共振器から出射される光の波長を調整することが好ましい。

本発明のレーザ光源の調整システムは、光源と、前記光源から出射される光をマルチモードで発振する共振器と、前記共振器の内部の光軸上に配設され、所定の波長の光を透過させるエタロンとを備えるレーザ光源の調整システムであって、前記共振器から出射される光の波長、及び強度を検出する検出手段と、前記検出手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記共振器から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように、前記共振器の光軸に対する前記エタロンの角度、前記エタロンの温度、及び前記共振器における共振器長の各パラメータのうち、少なくとも１つを調整する強度調整部と、前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記各パラメータのうち、少なくとも２つを同時に調整することによって、前記強度調整部にて調整された状態を維持しながら前記共振器から出射される光の波長を調整する波長調整部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、レーザ光源の調整システムは、前述したレーザ光源装置と同様の構成を備えるので、前述したレーザ光源装置と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ光源装置を示す模式図。 前記実施形態における第２制御部の詳細構成を示す模式図。 前記実施形態におけるレーザ光源装置の調整処理を示すフローチャート。 前記実施形態におけるレーザ光源装置において、共振器から出射される光を調整している状態を示す図。 前記実施形態におけるレーザ光源装置の起動処理を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係るレーザ光源の調整システムを示す模式図。 前記実施形態における調整システムによるレーザ光源の調整処理を示すフローチャート。 前記実施形態における従来のレーザ光源において、共振器から出射される光を調整している状態を示す図。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔レーザ光源装置の概略構成〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ光源装置１を示す模式図である。なお、図１では、レーザ光源装置１の光軸を一点鎖線で示している。
レーザ光源装置１は、図１に示すように、光を出射する光源２と、光源２から出射される光をマルチモードで発振する共振器３と、共振器３から出射される光をレーザ光源装置１の外部に導光する導光手段４と、共振器３から出射される光を変調することでヨウ素の飽和吸収線を検出するための飽和吸収線検出手段５と、レーザ光源装置１を制御する制御ユニット６とを備える。
光源２は、８０８ｎｍ付近の波長の光（以下、励起光とする）を出射する半導体レーザ２１と、半導体レーザ２１から出射される励起光を平行化する平行化レンズ２２とを備える。

共振器３は、筐体３１を備え、筐体３１の内部には、平行化レンズ２２にて平行化された励起光を集光する集光レンズ３２と、集光レンズ３２にて集光される励起光で励起され、１０６４ｎｍ付近の波長の光（以下、基本波光とする）を出射するＮｄ：ＹＶＯ_４結晶３３と、Ｎｄ：ＹＶＯ_４結晶３３から出射される基本波光を５３２ｎｍ付近の波長の光（以下、第２高調波光とする）に変換するためのＫＴＰ結晶３４と、ＫＴＰ結晶３４の光路後段に配設されるエタロン３５、及び共振器ミラー３６と、筐体３１、及び共振器ミラー３６の間に配設されるピエゾ素子３７とを備える。

Ｎｄ：ＹＶＯ_４結晶３３における半導体レーザ２１側の面には、励起光を透過し、基本波光を反射するためのコーティングが施され、共振器ミラー３６におけるＮｄ：ＹＶＯ_４結晶３３側の面には、基本波光を反射し、第２高調波光を透過するためのコーティングが施されている。したがって、基本波光は、Ｎｄ：ＹＶＯ_４結晶３３、及び共振器ミラー３６の間を往復してマルチモードで発振し、第２高調波光は、共振器ミラー３６を透過して共振器３から出射される。

エタロン３５は、共振器３の内部の光軸上に配設され、所定の波長の光を透過させるものであり、マルチモードで発振する基本波光をシングルモードにすることができる。なお、基本波光をシングルモードにすることによって、ＫＴＰ結晶３４にて変換された第２高調波光もシングルモードにすることができる。
ピエゾ素子３７は、電圧を印加することで変形する素子であり、制御ユニット６による制御の下、Ｎｄ：ＹＶＯ_４結晶３３、及び共振器ミラー３６の間の距離、すなわち共振器３における共振器長を調整する。

導光手段４は、共振器３の光路後段に配設されるフィルタ４１，４２と、フィルタ４１，４２を透過した光の偏光方向を調整する１／２波長板４３と、１／２波長板４３にて偏光方向が調整された光を分離するための偏光ビームスプリッタ４４とを備える。
フィルタ４１は、共振器３からの漏れ光である励起光を減衰させる機能を有している。また、フィルタ４２は、レーザ光源装置１の光軸に対して傾斜した状態で配設され、共振器３からの漏れ光である基本波光を反射させる機能を有しているので、フィルタ４２を反射した光は、レーザ光源装置１の光軸から離間する方向に導かれる。すなわち、１／２波長板４３には、フィルタ４１，４２を透過する第２高調波光が入射する。
偏光ビームスプリッタ４４は、偏光分離膜４４Ａを有している。そして、１／２波長板４３から出射され、偏光ビームスプリッタ４４に入射した光のうち、偏光分離膜４４Ａに対してＰ偏光の光は、偏光分離膜４４Ａを透過し、Ｓ偏光の光は、偏光分離膜４４Ａを反射する。

また、導光手段４は、偏光ビームスプリッタ４４にて反射されたＳ偏光の光を分離するための２つのビームスプリッタ４５，４６と、各ビームスプリッタ４５，４６にて分離された光の強度を検出するための強度検出部４７、及び波長を検出するための波長検出部４８とを備える。
各ビームスプリッタ４５，４６は、入射する光の一部を界面４５Ａ，４６Ａにて反射させるとともに、他の一部を透過させるものであり、それぞれ同一の機能を有している。

次に、導光手段４における光路について説明する。
偏光ビームスプリッタ４４にて反射されたＳ偏光の光は、ビームスプリッタ４５に入射する。ビームスプリッタ４５に入射した光のうち、ビームスプリッタ４５を透過した光は、強度検出部４７に入射する。そして、強度検出部４７は、入射した光の強度を検出し、検出した光の強度に基づく信号を制御ユニット６に出力する。
また、ビームスプリッタ４５にて反射された光は、ビームスプリッタ４６に入射する。ビームスプリッタ４６に入射した光のうち、ビームスプリッタ４６にて反射された光は、波長検出部４８に入射する。そして、波長検出部４８は、入射した光の波長を検出し、検出した光の波長に基づく信号を制御ユニット６に出力する。また、ビームスプリッタ４６を透過した光は、レーザ光源装置１の外部に出射される。

飽和吸収線検出手段５は、偏光ビームスプリッタ４４を透過したＰ偏光の光を入射させる偏光ビームスプリッタ５１と、偏光ビームスプリッタ５１を透過した光を入射させる１／４波長板５２と、１／４波長板５２の光路後段に配設されるヨウ素セル５３と、ヨウ素セル５３を透過した光を反射させる反射ミラー５４と、偏光ビームスプリッタ５１にて反射された光の強度を検出するための強度検出部５５とを備える。
偏光ビームスプリッタ５１は、偏光分離膜５１Ａを有し、偏光ビームスプリッタ４４と同様の機能を有している。また、１／４波長板５２は、入射する光の位相を９０°遅らせる機能を有している。

次に、飽和吸収線検出手段５における光路について説明する。
偏光ビームスプリッタ４４を透過したＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ５１を透過し、１／４波長板５２を介してヨウ素セル５３に入射する。ヨウ素セル５３を透過した光は、反射ミラー５４にて反射され、ヨウ素セル５３、及び１／４波長板５２を透過して偏光ビームスプリッタ５１に再び入射する。このとき、偏光ビームスプリッタ５１に再び入射した光は、１／４波長板５２を２度通過しているので、偏光方向が９０度回転し、偏光分離膜５１Ａに対してＳ偏光の光となる。したがって、偏光ビームスプリッタ５１に再び入射した光は、偏光分離膜５１Ａにて反射される。偏光ビームスプリッタ５１にて反射された光は、強度検出部５５に入射する。そして、強度検出部５５は、入射した光の強度を検出し、検出した光の強度に基づく信号を制御ユニット６に出力する。

制御ユニット６は、強度検出部４７，５５の制御や、半導体レーザ２１、ＫＴＰ結晶３４、ピエゾ素子３７、共振器３、及びヨウ素セル５３の制御をする第１制御部６１と、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度を調整するアクチュエータなどで構成される角度調整部６２と、強度検出部４７、及び波長検出部４８の制御や、角度調整部６２の制御をする第２制御部６３とを備える。なお、第１制御部６１、及び第２制御部６３は、互いに情報を送受信することができるように接続されている。そして、第１制御部６１は、直接的に強度検出部４７の制御をし、第２制御部６３は、第１制御部６１を介して間接的に強度検出部４７の制御をしている。

第１制御部６１は、ピエゾ素子３７に電圧を印加することで共振器３における共振器長を制御して共振器３から出射される光を変調する。そして、第１制御部６１は、強度検出部５５から出力される信号に基づいて、ヨウ素の飽和吸収線を検出することで共振器３から出射される光の中心波長を安定させる。
また、第１制御部６１は、強度検出部４７から出力される信号に基づいて、強度検出部４７に入射する光の強度が一定となるように、半導体レーザ２１を駆動する電流や、半導体レーザ２１、ＫＴＰ結晶３４、共振器３、及びヨウ素セル５３の温度を制御する。なお、半導体レーザ２１、ＫＴＰ結晶３４、共振器３、及びヨウ素セル５３には、温度を検出するためのサーミスタや、温度を調整するためのペルチェ素子などで構成される温度調整器が取り付けられている。そして、第１制御部６１は、各温度調整器を制御することで半導体レーザ２１、ＫＴＰ結晶３４、共振器３、及びヨウ素セル５３の温度を制御する。

図２は、第２制御部６３の詳細構成を示す模式図である。
制御手段としての第２制御部６３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリなどで構成され、図２に示すように、強度調整部６３１と、波長調整部６３２と、記憶部６３３と、調整状態保存部６３４と、読込調整部６３５と、再調整判定部６３６と、再調整実行部６３７とを備える。
強度調整部６３１は、強度検出部４７、及び波長検出部４８にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、及び共振器３における共振器長を調整する。

波長調整部６３２は、強度検出部４７、及び波長検出部４８にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、及び共振器３における共振器長を同時に調整することによって、強度調整部６３１にて調整された状態を維持しながら共振器３から出射される光の波長を調整する。さらに、波長調整部６３２は、強度検出部５５にて検出される光の強度に基づく信号を参照することで共振器３から出射される光の波長を高精度に検出し、検出した光の波長と、強度検出部４７にて検出される光の強度とに基づいて、共振器３から出射される光の波長を調整する。すなわち、波長調整部６３２は、飽和吸収線検出手段５にて検出されるヨウ素の飽和吸収線に基づいて、共振器３から出射される光の波長を検出する。したがって、本実施形態では、検出手段は、強度検出部４７，５５、波長検出部４８、及び波長調整部６３２で構成されている。
なお、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度は、角度調整部６２を制御することで調整し、共振器３における共振器長は、前述した第１制御部６１を介してピエゾ素子３７を制御することで調整する。

記憶部６３３は、強度調整部６３１、及び波長調整部６３２にて調整された各パラメータ、すなわち共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、及び共振器３における共振器長に係る情報を記憶する。
調整状態保存部６３４は、強度調整部６３１、及び波長調整部６３２にて共振器３から出射される光を調整したときに検出手段にて検出される光の波長、及び強度を記憶部６３３に記憶させる。

読込調整部６３５は、記憶部６３３に記憶された情報を読み込むことで共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、及び共振器３における共振器長の各パラメータを調整し、共振器３から出射される光を調整する。
再調整判定部６３６は、調整状態保存部６３４にて記憶された光の波長、及び強度と、読込調整部６３５にて共振器３から出射される光を調整したときに検出手段にて検出される光の波長、及び強度とを比較し、再調整をするか否かを判定する。
再調整実行部６３７は、再調整判定部６３６にて再調整すると判定されると、強度調整部６３１、及び波長調整部６３２に共振器３から出射される光を調整させる。

〔レーザ光源装置の調整処理〕
図３は、レーザ光源装置１の調整処理を示すフローチャートである。
レーザ光源装置１の調整処理を実行すると、図３に示すように、第２制御部６３は、以下のステップＳ１〜Ｓ４を実行する。
具体的に、強度調整部６３１は、共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整する（Ｓ１：強度調整ステップ）。
強度調整ステップＳ１にて共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整されると、波長調整部６３２は、共振器３から出射される光の波長を調整する（Ｓ２：波長調整ステップ）。

図４は、レーザ光源装置１において、共振器３から出射される光を調整している状態を示す図である。なお、図４では、光の波長を横軸とし、光の強度、及びエタロン３５の波長透過特性Ｗのゲインを縦軸としている。
共振器３は、図４に示すように、光源２から出射される光をマルチモードで発振している（Ｌ１〜Ｌ５）。そして、共振器３の内部の光軸上には、波長透過特性Ｗを有するエタロン３５が配設されているので、マルチモードで発振する光のモード間隔と、エタロン３５の波長透過特性Ｗとを調整することによって、共振器３から出射される光をシングルモードにするとともに、共振器３から出射される光を調整することができる。

具体的に、強度調整部６３１は、まず、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度を調整することによって、図４（Ａ）に示すように、共振器３から出射される光がシングルモードとなるように調整する。そして、強度調整部６３１は、共振器３における共振器長を調整することによって、図４（Ｂ）に示すように、マルチモードで発振する光のモード間隔を変化させて共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整する。なお、図４では、強度調整部６３１は、エタロン３５の波長透過特性Ｗにおける中心波長と、縦モードＬ３の波長とを一致させるように調整している。

強度調整部６３１にて共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整されると、波長調整部６３２は、図４（Ｃ）に示すように、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、及び共振器３における共振器長を同時に調整することによって、強度調整部６３１にて調整された状態を維持しながら共振器３から出射される光の波長を調整する。なお、図４では、波長調整部６３２は、縦モードＬ３の波長と、目標波長Ｔとを一致させるように調整している。

波長調整ステップＳ２にて共振器３から出射される光の波長が調整されると、図３に示すように、記憶部６３３は、強度調整部６３１、及び波長調整部６３２にて調整された各パラメータに係る情報を記憶する（Ｓ３：記憶ステップ）。
記憶ステップＳ３にて各パラメータに係る情報が記憶されると、調整状態保存部６３４は、検出手段にて検出される光の波長、及び強度を記憶部６３３に記憶させる（Ｓ４：調整状態保存ステップ）。
以上のステップＳ１〜Ｓ４を実行することでレーザ光源装置１は調整処理を実行する。

〔レーザ光源装置の起動処理〕
図５は、レーザ光源装置１の起動処理を示すフローチャートである。
レーザ光源装置１の起動処理を実行すると、図５に示すように、第２制御部６３は、以下のステップＳ１１〜Ｓ１３を実行する。
具体的に、読込調整部６３５は、記憶部６３３に記憶された情報を読み込むことで共振器３から出射される光を調整する（Ｓ１１：読込調整ステップ）。
読込調整ステップＳ１１にて共振器３から出射される光が調整されると、再調整判定部６３６は、再調整をするか否かを判定する（Ｓ１２：再調整判定ステップ）。
再調整判定ステップＳ１２にて再調整すると判定されると、再調整実行部６３７は、強度調整部６３１、及び波長調整部６３２に共振器３から出射される光を調整させる（Ｓ１３：再調整実行ステップ）。なお、再調整判定ステップＳ１２にて再調整しないと判定されると、第２制御部６３は、起動処理を終了する。
以上のステップＳ１１〜Ｓ１３を実行することでレーザ光源装置１は起動処理を実行する。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）レーザ光源装置１は、強度調整部６３１にて共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整された状態を維持しながら共振器３から出射される光の波長を調整する波長調整部６３２を備えるので、共振器３から出射される光を高精度かつ適切に調整することができ、長期安定性を確保することができる。
（２）波長調整部６３２は、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、及び共振器３における共振器長を同時に調整することによって、共振器３から出射される光の波長を調整するので、共振器から出射される光の波長を容易に調整することができる。

（３）制御ユニット６は、強度調整部６３１、及び波長調整部６３２にて各パラメータを調整したときに各パラメータに係る情報を記憶部６３３に記憶させるとともに、レーザ光源装置１を起動したときに読込調整部６３５に各パラメータを調整させるので、レーザ光源装置１を起動したときに共振器３から出射される光を迅速に調整することができ、高精度かつ適切に調整することができる。
（４）制御ユニット６は、再調整判定部６３６と、再調整実行部６３７とを備え、再調整判定部６３６にて再調整すると判定されると、再調整実行部６３７は、強度調整部６３１、及び波長調整部６３２に共振器３から出射される光を調整させるので、長期安定性を確実に確保することができる。
（５）波長調整部６３２は、飽和吸収線検出手段５にて検出されるヨウ素の飽和吸収線に基づいて、共振器３から出射される光の波長を検出するので、共振器３から出射される光を更に高精度に調整することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係るレーザ光源１Ａの調整システム１０を示す模式図である。なお、図６では、レーザ光源１Ａの光軸を一点鎖線で示している。
前記第１実施形態では、レーザ光源装置１は、検出手段としての強度検出部４７，５５、波長検出部４８、及び波長調整部６３２と、制御手段としての第２制御部６３を備えていた。
これに対して、本実施形態では、調整システム１０は、図６に示すように、レーザ光源１Ａと、検出器１１と、角度調整手段１２と、制御手段１３とを備えている点で異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

レーザ光源１Ａは、前述したレーザ光源装置１と略同様の構成を有し、光源２と、共振器３と、導光手段４Ａと、飽和吸収線検出手段５と、制御ユニット６Ａとを備える。
導光手段４Ａは、フィルタ４１，４２と、１／２波長板４３と、偏光ビームスプリッタ４４と、ビームスプリッタ４５と、強度検出部４７とを備え、制御ユニット６Ａは、第１制御部６１を備える。

検出器１１は、ビームスプリッタ４５にて反射され、レーザ光源１Ａから出射される光を入射させる位置に配設され、入射した光の波長、及び強度を検出する。すなわち、検出器１１は、共振器３から出射される光の波長、及び強度を検出する。
角度調整手段１２は、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度を調整するアクチュエータなどで構成される。具体的に、例えば、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度を、筐体３１の外部に露出する螺子などによって調整できるように共振器３を構成すれば、角度調整手段１２は、この螺子を回転させるアクチュエータなどで構成することができる。

制御手段１３は、ＣＰＵや、メモリなどで構成され、検出器１１の制御や、角度調整手段１２の制御をするものであり、強度調整部１３１と、波長調整部１３２とを備える。なお、制御手段１３は、レーザ光源１Ａの第１制御部６１に対して外部から接続され、制御手段１３、及び第１制御部６１は、互いに情報を送受信することができる。
強度調整部１３１は、検出器１１にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように、共振器３の温度、及び共振器３における共振器長を調整する。すなわち、本実施形態では、共振器３の温度を調整することによって、エタロン３５の温度を調整している。

波長調整部１３２は、検出器１１にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、共振器３の温度、及び共振器３における共振器長を同時に調整することによって、強度調整部１３１にて調整された状態を維持しながら共振器３から出射される光の波長を調整する。さらに、波長調整部１３２は、強度検出部５５にて検出される光の強度に基づく信号を参照することで共振器３から出射される光の波長を高精度に検出し、検出した光の波長と、強度検出部４７にて検出される光の強度とに基づいて、共振器３から出射される光の波長を調整する。すなわち、本実施形態では、検出手段は、検出器１１、強度検出部４７，５５、及び波長調整部１３２で構成されている。
なお、共振器３の温度は、前述した第１制御部６１を介して共振器３に取り付けられた前述の温度調整器を制御することで調整し、共振器３における共振器長は、前述した第１制御部６１を介してピエゾ素子３７を制御することで調整する。

図７は、調整システム１０の調整処理を示すフローチャートである。
調整システム１０の調整処理を実行すると、図７に示すように、制御手段１３は、以下のステップＳ２１，Ｓ２２を実行する。
具体的に、強度調整部１３１は、共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整する（Ｓ２１：強度調整ステップ）。
強度調整ステップＳ２１にて共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整されると、波長調整部１３２は、共振器３から出射される光の波長を調整する（Ｓ２２：波長調整ステップ）。
以上のステップＳ２１，Ｓ２２を実行することで調整システム１０は調整処理を実行する。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）調整システム１０は、強度調整部１３１にて共振器３から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように調整された状態を維持しながら共振器３から出射される光の波長を調整する波長調整部１３２を備えるので、共振器３から出射される光を高精度かつ適切に調整することができ、長期安定性を確保することができる。
（２）波長調整部１３２は、共振器３の温度、及び共振器３における共振器長を同時に調整することによって、共振器３から出射される光の波長を調整するので、共振器３から出射される光の波長を容易に調整することができる。

（３）波長調整部１３２は、飽和吸収線検出手段５にて検出されるヨウ素の飽和吸収線に基づいて、共振器３から出射される光の波長を検出するので、共振器３から出射される光を更に高精度に調整することができる。
（４）強度調整部１３１、及び波長調整部１３２は、共振器３の温度を調整することによって、エタロン３５の温度を調整するので、従来のレーザ光源と同様の構成を採用することができる。したがって、新たな部品等を追加することなく、共振器３から出射される光を高精度かつ適切に調整することができ、長期安定性を確保することができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、強度調整部６３１，１３１は、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、共振器３の温度（エタロン３５の温度）、及び共振器３における共振器長の各パラメータのうち、２つを調整していたが、少なくとも１つを調整すればよい。
前記各実施形態では、波長調整部６３２，１３２は、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、共振器３の温度（エタロン３５の温度）、及び共振器３における共振器長の各パラメータのうち、２つを同時に調整することによって、共振器３から出射される光の波長を調整していたが、３つを同時に調整してもよい。

前記各実施形態では、波長調整部６３２，１３２は、共振器３の光軸に対するエタロン３５の角度、または共振器３の温度と、共振器３における共振器長とを同時に調整することによって、共振器３から出射される光の波長を調整していた。これに対して、波長調整部は、共振器の光軸に対するエタロンの角度と、エタロンの温度とを調整することによって、共振器から出射される光の波長を調整してもよい。

前記各実施形態では、波長調整部６３２，１３２は、強度検出部４７、及び波長検出部４８にて検出される光の波長、及び強度と、強度検出部５５にて検出される光の強度に基づく信号を参照することで検出される光の波長、及び強度検出部４７にて検出される光の強度とに基づいて、共振器３から出射される光の波長を調整していた。これに対して、波長調整部は、強度検出部４７、及び波長検出部４８にて検出される光の波長、及び強度のみに基づいて、共振器から出射される光の波長を調整してもよい。また、波長調整部は、強度検出部５５にて検出される光の強度に基づく信号を参照することで検出される光の波長、及び強度検出部４７にて検出される光の強度のみに基づいて、共振器から出射される光の波長を調整してもよく、強度検出部５５にて検出される光の強度に基づく信号を参照することで検出される光の波長のみに基づいて、共振器から出射される光の波長を調整してもよい。

前記第２実施形態では、強度調整部１３１、及び波長調整部１３２は、共振器３の温度を調整することによって、エタロン３５の温度を調整していたが、エタロンの温度を直接的に調整してもよい。
前記第２実施形態では、制御手段１３は、記憶部、読込調整部、調整状態保存部、再調整判定部、及び再調整実行部を実装していない構成としていた。これに対して、例えば、調整システム１０をレーザ光源１Ａと一体として用いる場合や、強度検出部５５にて検出される光の強度に基づく信号を参照することで検出される光の波長、及び強度検出部４７にて検出される光の強度のみに基づいて、共振器から出射される光の波長を調整するように波長調整部を構成する場合には、記憶部、読込調整部、調整状態保存部、再調整判定部、及び再調整実行部を制御手段に実装してもよい。なお、前記第２実施形態において、第１制御部６１に記憶部、及び読込調整部を実装し、制御手段１３にて各パラメータを調整したときに各パラメータに係る情報を記憶部に記憶させるように構成してもよい。

本発明は、レーザ光源装置、及びレーザ光源の調整システムに好適に利用することができる。

１…レーザ光源装置
２…光源
３…共振器
５…飽和吸収線検出手段
１０…調整システム
１１…検出器（検出手段）
１３…制御手段
３５…エタロン
４７…強度検出部（検出手段）
４８…波長検出部（検出手段）
５５…強度検出部（検出手段）
６３…第２制御部（制御手段）
１３１…強度調整部
１３２…波長調整部（検出手段）
６３１…強度調整部
６３２…波長調整部（検出手段）
６３３…記憶部
６３４…調整状態保存部
６３５…読込調整部
６３６…再調整判定部
６３７…再調整実行部

Claims (7)

1. 光源と、前記光源から出射される光をマルチモードで発振する共振器と、前記共振器の内部の光軸上に配設され、所定の波長の光を透過させるエタロンとを備えるレーザ光源装置であって、
   前記共振器から出射される光の波長、及び強度を検出する検出手段と、
   前記検出手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記共振器から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように、前記共振器の光軸に対する前記エタロンの角度、前記エタロンの温度、及び前記共振器における共振器長の各パラメータのうち、少なくとも１つを調整する強度調整部と、
   前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記各パラメータのうち、少なくとも２つを同時に調整することによって、前記強度調整部にて調整された状態を維持しながら前記共振器から出射される光の波長を調整する波長調整部とを備えることを特徴とするレーザ光源装置。
2. 請求項１に記載のレーザ光源装置において、
   前記波長調整部は、前記共振器の光軸に対する前記エタロンの角度、または前記エタロンの温度と、前記共振器における共振器長とを同時に調整することによって、前記共振器から出射される光の波長を調整することを特徴とするレーザ光源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のレーザ光源装置において、
   前記強度調整部、及び前記波長調整部は、前記共振器の温度を調整することによって、前記エタロンの温度を調整することを特徴とするレーザ光源装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーザ光源装置において、
   前記制御手段は、
   前記強度調整部、及び前記波長調整部にて調整された前記各パラメータに係る情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された情報を読み込むことで前記各パラメータを調整し、前記共振器から出射される光を調整する読込調整部とを備えることを特徴とするレーザ光源装置。
5. 請求項４に記載のレーザ光源装置において、
   前記制御手段は、
   前記強度調整部、及び前記波長調整部にて前記共振器から出射される光を調整したときに前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度を前記記憶部に記憶させる調整状態保存部と、
   前記調整状態保存部にて記憶された光の波長、及び強度と、前記読込調整部にて前記共振器から出射される光を調整したときに前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度とを比較し、再調整をするか否かを判定する再調整判定部と、
   前記再調整判定部にて再調整すると判定されると、前記強度調整部、及び前記波長調整部に前記共振器から出射される光を調整させる再調整実行部とを備えることを特徴とするレーザ光源装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のレーザ光源装置において、
   前記共振器から出射される光を変調することでヨウ素の飽和吸収線を検出するための飽和吸収線検出手段を備え、
   前記検出手段は、前記飽和吸収線検出手段にて検出されるヨウ素の飽和吸収線に基づいて、前記共振器から出射される光の波長を検出することを特徴とするレーザ光源装置。
7. 光源と、前記光源から出射される光をマルチモードで発振する共振器と、前記共振器の内部の光軸上に配設され、所定の波長の光を透過させるエタロンとを備えるレーザ光源の調整システムであって、
   前記共振器から出射される光の波長、及び強度を検出する検出手段と、
   前記検出手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記共振器から出射される光がシングルモードで最大の強度となるように、前記共振器の光軸に対する前記エタロンの角度、前記エタロンの温度、及び前記共振器における共振器長の各パラメータのうち、少なくとも１つを調整する強度調整部と、
   前記検出手段にて検出される光の波長、及び強度に基づいて、前記各パラメータのうち、少なくとも２つを同時に調整することによって、前記強度調整部にて調整された状態を維持しながら前記共振器から出射される光の波長を調整する波長調整部とを備えることを特徴とするレーザ光源の調整システム。

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