JP2013030672A - Laser light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光源装置に関する。 The present invention relates to a laser light source device.
従来、電流が供給されることで励起光を出射する励起用光源と、励起用光源からの励起光を受けてレーザ光を生成する共振器とを備えたレーザ光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a laser light source device including an excitation light source that emits excitation light when supplied with an electric current, and a resonator that generates excitation light from the excitation light source and generates laser light (for example, , See Patent Document 1).
図１１は、従来のレーザ光源装置１００を示すブロック図である。
レーザ光源装置１００は、図１１に示すように、励起用光源としての半導体レーザ１０と、共振器２０と、波長調整部３０と、レーザ光検出部４０と、変復調信号発生器５０Ａと、アクチュエータ駆動回路５０Ｂと、ロックインアンプ５０Ｃと、制御装置６０とを備える。
半導体レーザ１０は、制御装置６０による制御の下、電流が供給されることで、波長808nm付近の励起光Ｌ１を出射する。
共振器２０は、半導体レーザ１０から出射され、コリメートレンズ１０Ａにて略平行化され、フォーカスレンズ２０Ａにて集光された励起光Ｌ１を共振させてレーザ光Ｌ２を生成する。
FIG. 11 is a block diagram showing a conventional laser light source device 100.
As shown in FIG. 11, the laser light source device 100 includes a semiconductor laser 10 as a light source for excitation, a resonator 20, a wavelength adjustment unit 30, a laser light detection unit 40, a modulation / demodulation signal generator 50A, and an actuator drive. A circuit 50B, a lock-in amplifier 50C, and a control device 60 are provided.
The semiconductor laser 10 emits excitation light L1 having a wavelength of about 808 nm when supplied with current under the control of the control device 60.
The resonator 20 generates laser light L2 by resonating the excitation light L1 emitted from the semiconductor laser 10, substantially parallelized by the collimator lens 10A, and condensed by the focus lens 20A.
具体的に、共振器２０は、誘導輻射から波長1064nmの光を発光するＮｄ：ＹＶＯ４結晶２１、波長1064nmの光の一部を波長532nmの光とするＫＴＰ結晶（非線形光学結晶）２２、レーザ光の特定周波数のみを透過させるエタロン２３、波長1064nmの光を反射させ波長532nmの光を透過させる反射鏡２４等の光学部品が共振器筐体２５に収納された構成を有する。
そして、共振器筐体２５内部にエタロン２３を配設することで、シングルモードのレーザ光Ｌ２が得られる。
また、共振器筐体２５内部には、電圧の印加により反射鏡２４の位置を変更（共振器長を変更）するピエゾ素子等のアクチュエータ２６が配設されている。
Specifically, the resonator 20 includes an Nd: YVO4 crystal 21 that emits light having a wavelength of 1064 nm from induced radiation, a KTP crystal (nonlinear optical crystal) 22 that uses a part of light having a wavelength of 1064 nm as light having a wavelength of 532 nm, and laser light. The optical housing such as the etalon 23 that transmits only the specific frequency and the reflecting mirror 24 that reflects the light having the wavelength of 1064 nm and transmits the light having the wavelength of 532 nm is housed in the resonator housing 25.
Then, by providing the etalon 23 inside the resonator casing 25, a single mode laser beam L2 can be obtained.
An actuator 26 such as a piezo element that changes the position of the reflecting mirror 24 by applying a voltage (changes the resonator length) is disposed inside the resonator housing 25.
波長調整部３０は、共振器２０からの漏れ光である励起光Ｌ１を減衰させる第１フィルタ３１と、レーザ光源装置１の光路（光軸）に対して傾斜した状態で配設され、共振器２０からの漏れ光である波長1064nmの光を反射させる第２フィルタ３２とを備える。 The wavelength adjustment unit 30 is disposed in a state where the first filter 31 that attenuates the excitation light L1 that is leakage light from the resonator 20 and the optical path (optical axis) of the laser light source device 1 are inclined. And a second filter 32 that reflects light having a wavelength of 1064 nm, which is leaked light from 20.
レーザ光検出部４０は、レーザ光Ｌ２を、λ／２板４１を透過させた後、第１偏光ビームスプリッタ４２で、測長等に使用するレーザ光Ｌ３と、後述する飽和吸収線探索処理（以下、探索処理）及びレーザ光発振周波数固定処理（以下、周波数固定処理）に使用するレーザ光Ｌ４に分離する。
また、レーザ光検出部４０は、レーザ光Ｌ４を、第２偏光ビームスプリッタ４３、λ／４板４４、及びヨウ素セル（吸収セル）４５を透過させた後、反射鏡４６にてヨウ素セル４５に向けて反射させる。
そして、レーザ光検出部４０は、レーザ光Ｌ４を、再度、ヨウ素セル４５及びλ／４板４４を透過させた後、第２偏光ビームスプリッタ４３にて光検出器４７に向けて反射させ、光検出器４７にて光電変換することで光出力信号Ｓ１を出力する。
The laser light detection unit 40 transmits the laser light L2 through the λ / 2 plate 41, and then the laser light L3 used for length measurement or the like by the first polarization beam splitter 42, and a saturated absorption line search process (described later) Hereinafter, the laser beam is separated into a laser beam L4 used for a search process) and a laser light oscillation frequency fixing process (hereinafter, frequency fixing process).
Further, the laser light detection unit 40 transmits the laser light L4 through the second polarization beam splitter 43, the λ / 4 plate 44, and the iodine cell (absorption cell) 45, and then enters the iodine cell 45 with the reflecting mirror 46. Reflect toward you.
The laser beam detector 40 transmits the laser beam L4 again through the iodine cell 45 and the λ / 4 plate 44, and then reflects the laser beam L4 toward the photodetector 47 with the second polarization beam splitter 43. An optical output signal S <b> 1 is output through photoelectric conversion by the detector 47.
変復調信号発生器５０Ａは、アクチュエータ駆動回路５０Ｂに変調周波数１ｆＨｚの変調信号Ｓｍ１を出力し、ロックインアンプ５０Ｃに周波数２ｆ，３ｆＨｚの変調信号Ｓｍ２，Ｓｍ３を出力する。
アクチュエータ駆動回路５０Ｂは、制御装置６０による制御の下、アクチュエータ２６を駆動させ（アクチュエータ２６に電圧Ｖを印加し）、変復調信号発生器５０Ａからの変調信号Ｓｍ１でレーザ光Ｌ２を変調する。
ロックインアンプ５０Ｃは、アクチュエータ駆動回路５０Ｂにて変調信号Ｓｍ１に基づき変調されたレーザ光Ｌ２の励起により得られる光出力信号Ｓ１を周波数２ｆ，３ｆＨｚの変調信号Ｓｍ２，Ｓｍ３で復調し、２次，３次微分信号Ｓ２，Ｓ３を出力する。
The modulation / demodulation signal generator 50A outputs a modulation signal Sm1 having a modulation frequency of 1 fHz to the actuator drive circuit 50B, and outputs modulation signals Sm2 and Sm3 having a frequency of 2f and 3fHz to the lock-in amplifier 50C.
The actuator drive circuit 50B drives the actuator 26 (applies a voltage V to the actuator 26) under the control of the control device 60, and modulates the laser light L2 with the modulation signal Sm1 from the modulation / demodulation signal generator 50A.
The lock-in amplifier 50C demodulates the optical output signal S1 obtained by excitation of the laser light L2 modulated based on the modulation signal Sm1 by the actuator driving circuit 50B with the modulation signals Sm2 and Sm3 having the frequencies of 2f and 3fHz, and outputs the second order, Third-order differential signals S2 and S3 are output.
図１２は、光出力信号Ｓ１及び２次微分信号Ｓ２を示す図である。
なお、図１２（Ａ）は、各信号Ｓ１，Ｓ２の出力値を縦軸とし、アクチュエータ２６への出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での各信号Ｓ１，Ｓ２の波形をそれぞれ示す図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の領域Ａｒの２次微分信号Ｓ２を拡大した図である。
図１２（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖを幅広く走査すると、吸収線Ｍ１〜Ｍ４（以下、説明の便宜上、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４と記載）が周期的に繰り返して観測されることがわかる。なお、ピーク群Ｍ１とピーク群Ｍ３とは同一のピーク群であり、ピーク群Ｍ２とピーク群Ｍ４とは同一のピーク群である。
ここで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４は、飽和吸収線群が束となったものである。例えば、ピーク群Ｍ２は、図１２（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖの低い側から順に、飽和吸収線群Ｎ１（飽和吸収線ａ１）と、飽和吸収線群Ｎ２（飽和吸収線ａ２〜ａ５）と、飽和吸収線群Ｎ３（飽和吸収線ａ６〜ａ９）と、飽和吸収線群Ｎ４（飽和吸収線ａ１０）と、飽和吸収線群Ｎ５（飽和吸収線ａ１１〜ａ１４）と、飽和吸収線群Ｎ６（飽和吸収線ａ１５）とで構成されている。
FIG. 12 is a diagram illustrating the optical output signal S1 and the secondary differential signal S2.
In FIG. 12A, the output value of each signal S1, S2 is the vertical axis, the output voltage V to the actuator 26 is the horizontal axis, and the output voltage V is changed (the resonator length is changed). FIG. 6 is a diagram illustrating waveforms of signals S1 and S2 in the case of FIG. FIG. 12B is an enlarged view of the secondary differential signal S2 in the area Ar of FIG.
As shown in FIG. 12A, when the output voltage V is scanned widely, it can be seen that absorption lines M1 to M4 (hereinafter referred to as peak groups M1 to M4 for convenience of explanation) are observed periodically and repeatedly. . The peak group M1 and the peak group M3 are the same peak group, and the peak group M2 and the peak group M4 are the same peak group.
Here, the peak groups M <b> 1 to M <b> 4 are bundles of saturated absorption line groups. For example, as shown in FIG. 12B, the peak group M2 includes a saturated absorption line group N1 (saturated absorption line a1) and a saturated absorption line group N2 (saturated absorption lines a2 to 2) in order from the lower output voltage V. a5), saturated absorption line group N3 (saturated absorption lines a6 to a9), saturated absorption line group N4 (saturated absorption line a10), saturated absorption line group N5 (saturated absorption lines a11 to a14), and saturated absorption line Group N6 (saturated absorption line a15).
そして、制御装置６０（波長制御手段６１）は、探索処理にて、一度、飽和吸収線を測定し（各ピーク群Ｍ１〜Ｍ４に属する飽和吸収線群の数、及び各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数を測定し）、周波数固定処理にて、再度、飽和吸収線を測定して、発振周波数（波長）を所望の飽和吸収線に固定する。
なお、波長制御手段６１は、探索処理及び周波数固定処理において、出力電圧Ｖを変更しながら、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth1（図１２（Ｂ））以上となった場合に、当該信号を飽和吸収線と認定している。
And the control apparatus 60 (wavelength control means 61) measures a saturated absorption line once by a search process (The number of the saturated absorption line groups which belong to each peak group M1-M4, and belongs to each saturated absorption line group) The number of saturated absorption lines is measured), and the saturated absorption lines are measured again in the frequency fixing process, and the oscillation frequency (wavelength) is fixed to a desired saturated absorption line.
The wavelength control unit 61 changes the output voltage V in the search process and the frequency fixing process when the output value of the secondary differential signal S2 is equal to or higher than a predetermined voltage value Vth1 (FIG. 12B). In addition, the signal is recognized as a saturated absorption line.
しかしながら、従来のレーザ光源装置では、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化できるが、レーザ光の光強度の変動を抑制することができない。
そして、レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度が変動した場合には、レーザ光の光強度の変動が問題とされる用途でレーザ光源装置を使用することができず、レーザ光源装置の用途が限定されてしまう。
However, in the conventional laser light source device, the wavelength of the laser light can be stabilized to a desired saturated absorption line, but the fluctuation of the light intensity of the laser light cannot be suppressed.
When the light intensity of the laser light emitted from the laser light source device fluctuates, the laser light source device cannot be used in an application in which the fluctuation of the light intensity of the laser light is a problem. Applications will be limited.
そこで、レーザ光の光強度を安定化する方法として、以下の方法が考えられる。
第１の方法としては、レーザ光の光強度を光検出器で検出し、当該光検出器で検出されたレーザ光の光強度の変動を抑制するように、励起用光源に供給する電流値を制御する。
第２の方法としては、レーザ光の光路中に、ＥＯＭ(Electro-Optic Modulator)やＡＯＭ(Acousto-Optic Modulator)等の変調器を配設しておき、上述したように検出したレーザ光の光強度の変動を抑制するように、変調器を制御する。
Therefore, the following method can be considered as a method for stabilizing the light intensity of the laser beam.
As a first method, the light intensity of the laser light is detected by a photodetector, and the current value supplied to the excitation light source is controlled so as to suppress fluctuations in the light intensity of the laser light detected by the photodetector. Control.
As a second method, a modulator such as an EOM (Electro-Optic Modulator) or an AOM (Acousto-Optic Modulator) is disposed in the optical path of the laser light, and the light of the laser light detected as described above. The modulator is controlled so as to suppress fluctuations in intensity.
しかしながら、上述した第１の方法を採用した場合には、励起用光源に供給する電流値を大きく変化させると、共振器内に配設された光学部品の局所的な温度が変化し、共振器内の光路長が変化して発振波長が変化しようとするため、レーザ光の波長安定性が図れない、という問題がある。一方、レーザ光の波長安定性を優先し、励起用光源に供給する電流値の可変幅を小さくした場合には、レーザ光の光強度を効果的に安定化できない、という問題がある。
また、上述した第２の方法を採用した場合には、ＥＯＭやＡＯＭ等の変調器は非常に高価であり、かつ、比較的大型のものであるため、レーザ光源装置の低コスト化及び小型化が図れない、という問題がある。
However, when the first method described above is adopted, if the value of the current supplied to the excitation light source is largely changed, the local temperature of the optical component disposed in the resonator changes, and the resonator There is a problem that the wavelength stability of the laser beam cannot be achieved because the oscillation wavelength tends to change due to the change in the optical path length. On the other hand, when the wavelength stability of the laser light is prioritized and the variable width of the current value supplied to the excitation light source is reduced, there is a problem that the light intensity of the laser light cannot be stabilized effectively.
Further, when the second method described above is adopted, the modulator such as EOM or AOM is very expensive and relatively large, so that the laser light source device can be reduced in cost and size. There is a problem that cannot be achieved.
本発明の目的は、低コスト化及び小型化を図りながら、レーザ光の波長及び光強度を安定化できるレーザ光源装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a laser light source device capable of stabilizing the wavelength and light intensity of laser light while reducing the cost and size.
本発明のレーザ光源装置は、電流が供給されることで励起光を出射する励起用光源と、前記励起用光源からの励起光を受けてレーザ光を生成する共振器とを備えたレーザ光源装置であって、当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を可変とする光学素子を有する光強度変更装置と、当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を検出する光強度検出装置と、前記励起用光源及び前記光学素子を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記励起用光源に供給する電流値を制御する光源制御手段と、前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子を制御する素子制御手段とを備えることを特徴とする。 The laser light source device of the present invention includes a pumping light source that emits pumping light when supplied with an electric current, and a resonator that generates pumping light upon receiving pumping light from the pumping light source. A light intensity changing device having an optical element that makes the light intensity of the laser light emitted from the laser light source device variable, and a light intensity detection for detecting the light intensity of the laser light emitted from the laser light source device A light source for controlling a current value to be supplied to the light source for excitation based on a detection result of the light intensity detection device, and a control device for controlling the light source for excitation and the optical element. Control means and element control means for controlling the optical element based on the detection result of the light intensity detection device are provided.
本発明では、レーザ光源装置は、上述した光強度変更装置、光強度検出装置、光源制御手段、及び素子制御手段を備える。
すなわち、（１）励起用光源の電流制御、及び（２）光学素子の制御の２つの手法を組み合わせて、光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度（レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度）が一定となるように制御できる。
このため、レーザ光の光強度の変動が問題とされる用途でもレーザ光源装置を使用することができ、レーザ光源装置の用途を拡大できる。
In the present invention, a laser light source device includes the above-described light intensity changing device, light intensity detecting device, light source control means, and element control means.
That is, the light intensity of the laser light detected by the light intensity detection device (emitted from the laser light source device) is a combination of two methods: (1) current control of the excitation light source and (2) control of the optical element. The light intensity of the laser beam can be controlled to be constant.
For this reason, the laser light source device can be used even in applications where fluctuations in the light intensity of the laser light are a problem, and the applications of the laser light source device can be expanded.
また、上記（１），（２）の２つの手法を組み合わせてレーザ光の光強度を安定化しているので、励起用光源に供給する電流値を大きく変化させることがなく、すなわち、共振器内に配設された光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光の波長も安定化できる。
さらに、ＥＯＭやＡＯＭ等の変調器を用いずにレーザ光の光強度を安定化できるので、レーザ光源装置の低コスト化及び小型化も図れる。
以上のことから、本発明によれば、低コスト化及び小型化を図りながら、レーザ光の波長及び光強度を安定化でき、本発明の目的を達成できる。
Further, since the light intensity of the laser beam is stabilized by combining the two methods (1) and (2), the current value supplied to the excitation light source is not greatly changed, that is, in the resonator. Therefore, the local temperature of the optical component disposed on the optical member does not change, and the wavelength of the laser light can be stabilized.
Furthermore, since the light intensity of the laser light can be stabilized without using a modulator such as EOM or AOM, the cost and size of the laser light source device can be reduced.
From the above, according to the present invention, it is possible to stabilize the wavelength and light intensity of the laser light while achieving cost reduction and downsizing, and the object of the present invention can be achieved.
本発明のレーザ光源装置では、前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、レーザ光が照射される吸収セルと、前記吸収セルを介したレーザ光を検出して光出力信号を出力する光検出器とを備え、前記制御装置は、前記光検出器から出力される光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき前記アクチュエータを制御してレーザ光の波長を制御する波長制御手段を備え、前記光学素子は、前記吸収セルに照射されるレーザ光の光強度を可変とすることが好ましい。 In the laser light source device of the present invention, the actuator that changes the resonator length of the resonator, the absorption cell irradiated with the laser light, and the light that detects the laser light via the absorption cell and outputs an optical output signal A detector, and the control device includes wavelength control means for controlling the wavelength of laser light by controlling the actuator based on a saturated absorption line included in an optical output signal output from the photodetector, The optical element preferably makes the light intensity of the laser light irradiated to the absorption cell variable.
ところで、吸収セルを利用してレーザ光の波長を安定化するレーザ光源装置において、レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を安定化しても、吸収セルに照射されるレーザ光の光強度が変動している場合には、以下の問題が生じる恐れがある。
すなわち、吸収セルに照射されるレーザ光の光強度が変動すると、飽和吸収線の認定に用いられる２次微分信号等の振幅等が変化するため、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化することが難しい。
したがって、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化できなくなる等、レーザ光の波長安定化の性能が低下してしまう、という問題が生じる恐れがある。
By the way, in a laser light source device that stabilizes the wavelength of laser light using an absorption cell, even if the light intensity of the laser light emitted from the laser light source device is stabilized, the light intensity of the laser light irradiated to the absorption cell If fluctuates, the following problems may occur.
In other words, if the light intensity of the laser light irradiated to the absorption cell fluctuates, the amplitude of the secondary differential signal etc. used for the certification of the saturated absorption line changes, so the wavelength of the laser light is stabilized at the desired saturated absorption line. It is difficult to make.
Therefore, there may be a problem that the wavelength stabilization performance of the laser beam is deteriorated, such as being unable to stabilize the wavelength of the laser beam to a desired saturated absorption line.
本発明では、光学素子が吸収セルに照射されるレーザ光の光強度を可変とするので、レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度のみならず、吸収セルに照射されるレーザ光の光強度をも安定化できる。
したがって、レーザ光の波長を所望の飽和吸収線に安定化できなくなる等、レーザ光の波長安定化の性能が低下してしまう問題が生じることを防止できる。
In the present invention, since the optical element makes the light intensity of the laser light irradiated to the absorption cell variable, not only the light intensity of the laser light emitted from the laser light source device but also the light of the laser light irradiated to the absorption cell. Strength can also be stabilized.
Accordingly, it is possible to prevent a problem that the wavelength stabilization performance of the laser beam is deteriorated such that the wavelength of the laser beam cannot be stabilized to a desired saturated absorption line.
本発明のレーザ光源装置では、前記光学素子は、配設位置を変更可能に構成され、前記光強度変更装置は、前記光学素子の配設位置に応じて前記光強度変更装置から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、前記素子制御手段は、前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の配設位置を変更することが好ましい。 In the laser light source device of the present invention, the optical element is configured so that the arrangement position can be changed, and the light intensity changing device is a laser emitted from the light intensity changing device according to the arrangement position of the optical element. It is preferable that the light intensity of the light is different, and the element control means changes the arrangement position of the optical element based on the detection result of the light intensity detection device.
ここで、光学素子としては、配設位置を変更することで入射したレーザ光の偏光状態を変更するλ／４板またはλ／２板等の波長板や、配設位置を変更することで入射したレーザ光の透過光量を変更するＮＤ(Neutral Density)フィルタ等が例示できる。
本発明では、光強度変更装置が光学素子の配設位置に応じて出射するレーザ光の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段は、光学素子の配設位置を変更することで、レーザ光の光強度を安定化できる。
また、光学素子の配設位置を変更してレーザ光の光強度を可変とする構成を採用することで、レーザ光の光強度を高速に可変できる。
Here, as an optical element, a wavelength plate such as a λ / 4 plate or a λ / 2 plate that changes the polarization state of the incident laser light by changing the arrangement position, or an incident by changing the arrangement position. An ND (Neutral Density) filter that changes the amount of transmitted laser light can be exemplified.
In the present invention, since the light intensity changing device is configured so that the light intensity of the laser beam emitted varies depending on the arrangement position of the optical element, the element control means changes the arrangement position of the optical element. Thus, the light intensity of the laser beam can be stabilized.
Further, by adopting a configuration in which the light intensity of the laser light is made variable by changing the arrangement position of the optical element, the light intensity of the laser light can be changed at high speed.
本発明のレーザ光源装置では、前記光学素子は、前記光学素子の温度に応じて前記光学素子から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、前記素子制御手段は、前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の温度を制御することが好ましい。 In the laser light source device of the present invention, the optical element is configured such that the light intensity of the laser light emitted from the optical element differs according to the temperature of the optical element, and the element control means is configured to detect the light intensity. It is preferable to control the temperature of the optical element based on the detection result of the apparatus.
ここで、光学素子としては、温度に応じて入射したレーザ光の透過光量を変更する複屈折性材料から構成された複屈折素子やエタロン等が例示できる。
本発明では、光学素子が温度に応じて出射するレーザ光の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段は、光学素子の温度を制御することで、レーザ光の光強度を安定化できる。
また、光学素子の温度を制御してレーザ光の光強度を可変とする構成を採用することで、光学素子を移動する必要がなく、移動に伴う振動等が発生することがない。
Here, examples of the optical element include a birefringent element and an etalon made of a birefringent material that changes the amount of transmitted laser light incident according to temperature.
In the present invention, the optical element is configured so that the light intensity of the laser beam emitted in accordance with the temperature is different. Therefore, the element control unit stabilizes the light intensity of the laser beam by controlling the temperature of the optical element. Can be
In addition, by adopting a configuration in which the temperature of the optical element is controlled to make the light intensity of the laser light variable, it is not necessary to move the optical element, and vibration or the like accompanying the movement does not occur.
本発明のレーザ光源装置では、前記制御装置は、前記光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度を２つの周波数成分に分ける周波数分離手段を備え、前記光源制御手段は、前記２つの周波数成分のうち高周波数成分に基づいて、前記励起用光源に供給する電流値を制御し、前記素子制御手段は、前記２つの周波数成分のうち低周波数成分に基づいて、前記光学素子を制御することが好ましい。 In the laser light source device of the present invention, the control device includes frequency separation means for dividing the light intensity of the laser light detected by the light intensity detection device into two frequency components, and the light source control means includes the two light source control means. A current value supplied to the excitation light source is controlled based on a high frequency component of frequency components, and the element control unit controls the optical element based on a low frequency component of the two frequency components. It is preferable.
ところで、レーザ光の光強度は、以下に示す挙動（時間変化）を示すものである。
すなわち、レーザ光は、数千秒程度の周期のゆっくりとした大きな変動の上に、周期の短い小さな変動が重畳する。
そして、本発明では、制御装置が上述した周波数分離手段を備えるので、光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度を２つの周波数成分に分け、光強度の変動の小さい高周波数成分を光源制御手段による励起用光源の電流制御によって低減し、光強度の変動の大きい低周波数成分を素子制御手段による光学素子の制御によって低減できる。
したがって、励起用光源に供給する電流値を大きく変える必要がなく、すなわち、共振器内に配設された光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光の波長の安定化を効果的に実現できる。
Incidentally, the light intensity of the laser light exhibits the following behavior (time change).
That is, in the laser light, a small fluctuation with a short period is superimposed on a slow large fluctuation with a period of about several thousand seconds.
In the present invention, since the control device includes the frequency separation means described above, the light intensity of the laser light detected by the light intensity detection device is divided into two frequency components, and a high frequency component with a small fluctuation in light intensity is obtained. It can be reduced by controlling the current of the excitation light source by the light source control means, and low frequency components with large fluctuations in light intensity can be reduced by controlling the optical element by the element control means.
Therefore, there is no need to greatly change the current value supplied to the excitation light source, that is, the local temperature of the optical component disposed in the resonator does not change, and the stabilization of the wavelength of the laser beam is effective. Can be realized.
また、上記のように低周波数成分を光学素子の制御によって低減することで、光学素子の制御速度を低く設定できる。
したがって、光学素子の制御として、光学素子の配設位置を変更する場合には、光学素子の移動を低速に設定できるので、光学素子の移動に伴う振動等が発生することがない。また、光学素子の制御として、光学素子の温度を制御する場合であっても、制御速度を低く設定できるので、十分に対応できる。
Moreover, the control speed of an optical element can be set low by reducing a low frequency component by control of an optical element as mentioned above.
Therefore, when the arrangement position of the optical element is changed as the control of the optical element, the movement of the optical element can be set at a low speed, so that vibration or the like accompanying the movement of the optical element does not occur. Further, even when the temperature of the optical element is controlled as the control of the optical element, the control speed can be set low, so that it can sufficiently cope.
[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。
〔レーザ光源装置の構成〕
図１は、第１実施形態におけるレーザ光源装置１を示すブロック図である。
レーザ光源装置１は、図１に示すように、従来のレーザ光源装置１００と同様の半導体レーザ１０、共振器２０、波長調整部３０、レーザ光検出部４０、変復調信号発生器５０Ａ、アクチュエータ駆動回路５０Ｂ、ロックインアンプ５０Ｃ、及び制御装置６０の他、光強度検出装置７０と、光強度変更装置８０とを備える。
また、本実施形態の制御装置６０は、従来のレーザ光源装置１００に搭載された制御装置６０と同様の機能（波長制御手段６１）の他、レーザ光Ｌ２の光強度を安定化する機能等も有するものである。
以下では、従来のレーザ光源装置１００と同様の機能及び構成については同様の符号を付して説明を省略し、本願の要部である光強度検出装置７０、光強度変更装置８０、及び制御装置６０について詳細に説明する。
[First embodiment]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of laser light source device]
FIG. 1 is a block diagram showing a laser light source device 1 in the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the laser light source device 1 includes a semiconductor laser 10, a resonator 20, a wavelength adjustment unit 30, a laser light detection unit 40, a modulation / demodulation signal generator 50A, an actuator drive circuit similar to the conventional laser light source device 100. In addition to the 50B, the lock-in amplifier 50C, and the control device 60, a light intensity detecting device 70 and a light intensity changing device 80 are provided.
The control device 60 of the present embodiment also has a function (wavelength control means 61) similar to the control device 60 mounted on the conventional laser light source device 100, a function of stabilizing the light intensity of the laser light L2, and the like. It is what you have.
Hereinafter, the same functions and configurations as those of the conventional laser light source device 100 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the light intensity detecting device 70, the light intensity changing device 80, and the control device, which are main parts of the present application. 60 will be described in detail.
〔光強度検出装置の構成〕
光強度検出装置７０は、レーザ光の光強度を検出する。
この光強度検出装置７０は、図１に示すように、第３偏光ビームスプリッタ７１と、光検出器７２とを備える。
第３偏光ビームスプリッタ７１は、第１偏光ビームスプリッタ４２で分離されたレーザ光Ｌ３を、測長等に使用するレーザ光Ｌ５と、光強度の検出に使用するレーザ光Ｌ６とに分離する。
光検出器７２は、照射されたレーザ光Ｌ６を光電変換することで、レーザ光Ｌ６の光強度に応じた光強度信号Ｓ４を出力する。
[Configuration of light intensity detector]
The light intensity detection device 70 detects the light intensity of the laser light.
As shown in FIG. 1, the light intensity detection device 70 includes a third polarization beam splitter 71 and a photodetector 72.
The third polarization beam splitter 71 separates the laser light L3 separated by the first polarization beam splitter 42 into a laser light L5 used for length measurement and a laser light L6 used for light intensity detection.
The light detector 72 photoelectrically converts the irradiated laser light L6 to output a light intensity signal S4 corresponding to the light intensity of the laser light L6.
〔光強度変更装置の構成〕
光強度変更装置８０は、図１に示すように、波長調整部３０（第２フィルタ３２）及びレーザ光検出部４０（λ／２板４１）の間に配設され、制御装置６０による制御の下、レーザ光Ｌ２の光強度を変更する。
すなわち、本実施形態では、光強度変更装置８０は、ヨウ素セル４５の光路前段に配設されているため、レーザ光Ｌ２の光強度を変更することで、レーザ光源装置１から出射されるレーザ光Ｌ５や、ヨウ素セル４５に照射されるレーザ光Ｌ４の光強度を変更する。
この光強度変更装置８０は、図１に示すように、光学素子としてのλ／４板８１と、偏光子８２とを備える。
[Configuration of light intensity changing device]
As shown in FIG. 1, the light intensity changing device 80 is disposed between the wavelength adjusting unit 30 (second filter 32) and the laser light detecting unit 40 (λ / 2 plate 41), and is controlled by the control device 60. Below, the light intensity of the laser beam L2 is changed.
That is, in the present embodiment, the light intensity changing device 80 is disposed in the preceding stage of the optical path of the iodine cell 45, so that the laser light emitted from the laser light source device 1 is changed by changing the light intensity of the laser light L2. The light intensity of the laser beam L4 irradiated to L5 or the iodine cell 45 is changed.
As shown in FIG. 1, the light intensity changing device 80 includes a λ / 4 plate 81 as an optical element and a polarizer 82.
λ／４板８１は、具体的な図示は省略したが、光学軸がレーザ光源装置１の光軸に直交する平面に沿うように配設されるとともに、当該光軸を中心として回転可能に構成されている。
そして、λ／４板８１は、制御装置６０による制御の下、光軸を中心として回転することで、レーザ光Ｌ２の偏光状態を変更する。
例えば、λ／４板８１は、所定の回転位置に設定されると入射した楕円偏光のレーザ光Ｌ２を直線偏光のレーザ光Ｌ２に変更し、他の回転位置に設定されると他の偏光状態のレーザ光Ｌ２に変更する。
偏光子８２は、所定の透過軸を有し、当該透過軸と同一の偏光方向を有する直線偏光成分のみを透過させる。
以上のように、光強度変更装置８０は、λ／４板８１が光軸を中心として回転することで、偏光子８２に入射するレーザ光Ｌ２の偏光状態が変わり、すなわち、偏光子８２を透過する光量が変わり、レーザ光Ｌ２の光強度を変更する。
すなわち、光強度変更装置８０は、λ／４板８１の配設位置（回転位置）に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
Although not specifically shown, the λ / 4 plate 81 is disposed so that the optical axis is along a plane orthogonal to the optical axis of the laser light source device 1 and is configured to be rotatable around the optical axis. Has been.
The λ / 4 plate 81 changes the polarization state of the laser light L2 by rotating around the optical axis under the control of the control device 60.
For example, the λ / 4 plate 81 changes the incident elliptically polarized laser light L2 to linearly polarized laser light L2 when set to a predetermined rotational position, and changes to another polarization state when set to another rotational position. To the laser beam L2.
The polarizer 82 has a predetermined transmission axis and transmits only a linearly polarized light component having the same polarization direction as the transmission axis.
As described above, in the light intensity changing device 80, the polarization state of the laser light L2 incident on the polarizer 82 changes as the λ / 4 plate 81 rotates around the optical axis, that is, the light passes through the polarizer 82. The amount of light to be changed changes the light intensity of the laser light L2.
That is, the light intensity changing device 80 is configured such that the light intensity of the laser light L2 emitted from the light intensity changing device 80 varies depending on the arrangement position (rotational position) of the λ / 4 plate 81. .
〔制御装置の構成〕
図２は、第１実施形態における制御装置６０を示すブロック図である。
制御装置６０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)や、メモリ等を備え、メモリに記憶されたプログラムにしたがって、種々の処理を実行する。
この制御装置６０は、図２に示すように、波長制御手段６１の他、周波数分離手段としてのフィルタ６２と、光源制御手段６３と、素子制御手段６４と、温度制御手段６５等を備える。
[Configuration of control device]
FIG. 2 is a block diagram showing the control device 60 in the first embodiment.
The control device 60 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like, and executes various processes according to programs stored in the memory.
As shown in FIG. 2, the control device 60 includes a filter 62 as a frequency separation unit, a light source control unit 63, an element control unit 64, a temperature control unit 65, and the like in addition to the wavelength control unit 61.
図３は、レーザ光の光強度の時間変化を示す図である。
なお、図３では、説明の便宜上、光源制御手段６３及び素子制御手段６４が後述する処理を実行していない場合に光強度検出装置７０にて検出されたレーザ光Ｌ５の光強度の変動率の時間変化を示している。
レーザ光Ｌ５の光強度は、図３に示す挙動（時間変化）を示す。
すなわち、レーザ光Ｌ５は、図３に示すように、数千秒程度の周期のゆっくりとした大きな変動の上に、周期の短い小さな変動が重畳する。
そして、本実施形態では、レーザ光Ｌ５の光強度が上述した挙動を示すことを利用して、以下に示すように、当該光強度の変動を抑制する制御構造を採用している。
FIG. 3 is a diagram showing a temporal change in the light intensity of the laser light.
In FIG. 3, for convenience of explanation, the variation rate of the light intensity of the laser light L5 detected by the light intensity detection device 70 when the light source control means 63 and the element control means 64 are not executing processing described later. The time change is shown.
The light intensity of the laser beam L5 exhibits the behavior (time change) shown in FIG.
That is, in the laser beam L5, as shown in FIG. 3, a small fluctuation with a short period is superimposed on a slow large fluctuation with a period of about several thousand seconds.
And in this embodiment, the control structure which suppresses the fluctuation | variation of the said light intensity is employ | adopted as shown below using that the light intensity of the laser beam L5 shows the behavior mentioned above.
図４は、レーザ光の光強度の制御構造を示すブロック図である。
フィルタ６２は、光強度検出装置７０から出力された光強度信号Ｓ４を２つの周波数成分に分離する。
そして、フィルタ６２は、２つの周波数成分のうち、高周波数成分を光源制御手段６３に出力し、低周波数成分を素子制御手段６４に出力する。
光源制御手段６３は、フィルタ６２にて分離された高周波数成分に基づいて、半導体レーザ１０に供給する電流値を制御し、周期の短い小さな変動（図３）を低減する。
素子制御手段６４は、フィルタ６２にて分離された低周波数成分に基づいて、光軸を中心としてλ／４板８１を回転させ、周期のゆっくりとした大きな変動（図３）を低減する。
FIG. 4 is a block diagram showing a control structure of the light intensity of laser light.
The filter 62 separates the light intensity signal S4 output from the light intensity detection device 70 into two frequency components.
The filter 62 outputs a high frequency component of the two frequency components to the light source control means 63 and outputs a low frequency component to the element control means 64.
The light source control means 63 controls the current value supplied to the semiconductor laser 10 based on the high-frequency component separated by the filter 62, and reduces small fluctuations (FIG. 3) with a short cycle.
The element control means 64 rotates the λ / 4 plate 81 around the optical axis based on the low-frequency component separated by the filter 62, and reduces a large and slow fluctuation (FIG. 3).
温度制御手段６５は、半導体レーザ１０、ＫＴＰ結晶２２、共振器筐体２５、及びヨウ素セル４５の温度を制御する。
なお、具体的な図示は省略したが、半導体レーザ１０、ＫＴＰ結晶２２、共振器筐体２５、及びヨウ素セル４５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等で構成される温度調整器が取り付けられている。
そして、温度制御手段６５は、各温度調整器を制御することで、各構成１０，２２，２５，４５の温度を制御する。
The temperature control means 65 controls the temperatures of the semiconductor laser 10, the KTP crystal 22, the resonator housing 25, and the iodine cell 45.
Although not specifically illustrated, the semiconductor laser 10, the KTP crystal 22, the resonator housing 25, and the iodine cell 45 include a thermistor for detecting temperature, a Peltier element for adjusting temperature, and the like. A temperature regulator consisting of is attached.
And the temperature control means 65 controls the temperature of each structure 10, 22, 25, 45 by controlling each temperature regulator.
上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、レーザ光源装置１は、光強度変更装置８０、光強度検出装置７０、光源制御手段６３、及び素子制御手段６４を備える。
すなわち、（１）半導体レーザ１０の電流制御、及び（２）λ／４板８１の制御の２つの手法を組み合わせて、光強度検出装置７０にて検出されたレーザ光Ｌ６の光強度（レーザ光源装置１から出射されるレーザ光Ｌ５の光強度）が一定となるように制御できる。
このため、レーザ光Ｌ５の光強度の変動が問題とされる用途でもレーザ光源装置１を使用することができ、レーザ光源装置１の用途を拡大できる。
The first embodiment described above has the following effects.
In the present embodiment, the laser light source device 1 includes a light intensity changing device 80, a light intensity detecting device 70, a light source control unit 63, and an element control unit 64.
That is, (1) the current control of the semiconductor laser 10 and (2) the control of the λ / 4 plate 81 are combined, and the light intensity (laser light source) of the laser light L6 detected by the light intensity detector 70 is combined. The light intensity of the laser beam L5 emitted from the apparatus 1 can be controlled to be constant.
For this reason, the laser light source device 1 can be used even in applications where fluctuations in the light intensity of the laser light L5 are problematic, and the applications of the laser light source device 1 can be expanded.
また、上記（１），（２）の２つの手法を組み合わせてレーザ光Ｌ５の光強度を安定化しているので、半導体レーザ１０に供給する電流値を大きく変化させることがなく、すなわち、共振器２０内に配設されたＫＴＰ結晶２２等の光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光Ｌ５の波長も安定化できる。
さらに、ＥＯＭやＡＯＭ等の変調器を用いずにレーザ光Ｌ５の光強度を安定化できるので、レーザ光源装置１の低コスト化及び小型化も図れる。
Further, since the light intensity of the laser beam L5 is stabilized by combining the above two methods (1) and (2), the current value supplied to the semiconductor laser 10 is not greatly changed, that is, the resonator. The local temperature of the optical component such as the KTP crystal 22 disposed in 20 does not change, and the wavelength of the laser beam L5 can be stabilized.
Furthermore, since the light intensity of the laser light L5 can be stabilized without using a modulator such as EOM or AOM, the cost and size of the laser light source device 1 can be reduced.
また、レーザ光源装置１を長期的に使用することでＫＴＰ結晶２２等の光学部品が経時劣化して特性が変化し、レーザ光Ｌ５の光強度が変動した場合等であっても、上述した制御により、当該レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
したがって、レーザ光源装置１の長期的な信頼性や品質を向上できる。
さらに、レーザ光源装置１の使用環境（環境温度等）が変化してＫＴＰ結晶２２等の光学部品の特性が変化し、レーザ光Ｌ５の光強度が変動した場合等であっても、上述した制御により、当該レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
したがって、レーザ光源装置１の耐環境性を向上できる。
Further, even when the laser light source device 1 is used over a long period of time, the optical components such as the KTP crystal 22 are deteriorated with time and the characteristics are changed, and the light intensity of the laser light L5 is changed. Thus, the light intensity of the laser beam L5 can be stabilized.
Therefore, long-term reliability and quality of the laser light source device 1 can be improved.
Further, even when the use environment (environment temperature, etc.) of the laser light source device 1 is changed, the characteristics of the optical parts such as the KTP crystal 22 are changed, and the light intensity of the laser light L5 is changed, the above-described control is performed. Thus, the light intensity of the laser beam L5 can be stabilized.
Therefore, the environmental resistance of the laser light source device 1 can be improved.
また、λ／４板８１がヨウ素セル４５に照射されるレーザ光Ｌ４の光強度を可変とするので、レーザ光源装置１から出射されるレーザ光Ｌ５の光強度のみならず、ヨウ素セル４５に照射されるレーザ光Ｌ４の光強度をも安定化できる。
したがって、波長制御手段６１による探索処理及び周波数固定処理によりレーザ光Ｌ５の波長を所望の飽和吸収線に良好に安定化することができ、レーザ光Ｌ５の波長安定化の性能が低下してしまう問題が生じることを防止できる。
Further, since the light intensity of the laser light L4 irradiated to the iodine cell 45 is variable by the λ / 4 plate 81, not only the light intensity of the laser light L5 emitted from the laser light source device 1 but also the iodine cell 45 is irradiated. The light intensity of the laser beam L4 can be stabilized.
Therefore, there is a problem that the wavelength of the laser beam L5 can be satisfactorily stabilized to a desired saturated absorption line by the search process and the frequency fixing process by the wavelength controller 61, and the wavelength stabilization performance of the laser beam L5 is deteriorated. Can be prevented.
さらに、光強度変更装置８０がλ／４板８１の回転位置に応じて出射するレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段６４は、λ／４板８１の回転位置を変更することで、レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
また、λ／４板８１の回転位置を変更してレーザ光Ｌ５の光強度を可変とする構成を採用することで、レーザ光Ｌ５の光強度を高速に可変できる。
Further, since the light intensity changing device 80 is configured so that the light intensity of the laser light L2 emitted according to the rotational position of the λ / 4 plate 81 is different, the element control means 64 is configured to rotate the λ / 4 plate 81. By changing the position, the light intensity of the laser beam L5 can be stabilized.
Further, by adopting a configuration in which the rotational position of the λ / 4 plate 81 is changed to make the light intensity of the laser light L5 variable, the light intensity of the laser light L5 can be varied at high speed.
また、制御装置６０がフィルタ６２を備えるので、光強度検出装置７０にて検出されたレーザ光Ｌ６の光強度を２つの周波数成分に分け、光強度の変動の小さい高周波数成分を光源制御手段６３による半導体レーザ１０の電流制御によって低減し、光強度の変動の大きい低周波数成分を素子制御手段６４によるλ／４板８１の制御によって低減できる。
したがって、半導体レーザ１０に供給する電流値を大きく変える必要がなく、すなわち、共振器２０内に配設されたＫＴＰ結晶２２等の光学部品の局所的な温度が変化することがなく、レーザ光Ｌ５の波長の安定化を効果的に実現できる。
In addition, since the control device 60 includes the filter 62, the light intensity of the laser light L6 detected by the light intensity detection device 70 is divided into two frequency components, and the high frequency component with small fluctuations in light intensity is used as the light source control means 63. Can be reduced by controlling the λ / 4 plate 81 by the element control means 64.
Therefore, it is not necessary to greatly change the current value supplied to the semiconductor laser 10, that is, the local temperature of the optical component such as the KTP crystal 22 disposed in the resonator 20 does not change, and the laser beam L5. Can be effectively realized.
さらに、上記のように低周波数成分をλ／４板８１の制御によって低減することで、λ／４板８１の制御速度を低く設定できる。
すなわち、λ／４板８１の回転速度を低速に設定できるので、λ／４板８１の回転に伴う振動等が発生することがない。
Further, by reducing the low frequency component by controlling the λ / 4 plate 81 as described above, the control speed of the λ / 4 plate 81 can be set low.
That is, since the rotation speed of the λ / 4 plate 81 can be set to a low speed, vibrations and the like accompanying the rotation of the λ / 4 plate 81 do not occur.
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図５は、第２実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、図５に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 5 is a block diagram showing a light intensity changing device 80 in the second embodiment.
In this embodiment, as shown in FIG. 5, only the configuration of the light intensity changing device 80 is different from that of the first embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
第２実施形態における光強度変更装置８０は、図５に示すように、前記第１実施形態で説明したλ／４板８１及び偏光子８２の他、光学素子としてのλ／２板８３を備える。
なお、本実施形態におけるλ／４板８１は、前記第１実施形態と異なり、入射した楕円偏光のレーザ光Ｌ２を直線偏光のレーザ光Ｌ２に変更する回転位置で回転不能に固定されているものである。
λ／２板８３は、λ／４板８１及び偏光子８２の間に配設され、具体的な図示は省略したが、光学軸がレーザ光源装置１の光軸に直交する平面に沿うように配設されるとともに、当該光軸を中心として回転可能に構成されている。
As shown in FIG. 5, the light intensity changing device 80 in the second embodiment includes a λ / 2 plate 83 as an optical element in addition to the λ / 4 plate 81 and the polarizer 82 described in the first embodiment. .
Note that, unlike the first embodiment, the λ / 4 plate 81 in the present embodiment is fixed so as not to rotate at a rotational position where the incident elliptically polarized laser light L2 is changed to linearly polarized laser light L2. It is.
The λ / 2 plate 83 is disposed between the λ / 4 plate 81 and the polarizer 82, and although not specifically shown, the optical axis is along a plane perpendicular to the optical axis of the laser light source device 1. It is arranged and configured to be rotatable around the optical axis.
そして、λ／２板８３は、素子制御手段６４による制御の下、光軸を中心として回転することで、λ／４板８１を透過したレーザ光Ｌ２を直線偏光の状態で、光軸を中心として当該直線偏光の偏光方向を回転する。
以上のように、本実施形態の光強度変更装置８０は、λ／２板８３が光軸を中心として回転することで、偏光子８２に入射するレーザ光Ｌ２（直線偏光）の偏光方向が回転し、すなわち、偏光子８２を透過する光量が変わり、レーザ光Ｌ２の光強度を変更する。
すなわち、光強度変更装置８０は、λ／２板８３の配設位置（回転位置）に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
The λ / 2 plate 83 is rotated around the optical axis under the control of the element control means 64, so that the laser light L2 transmitted through the λ / 4 plate 81 is in the state of linear polarization and the optical axis is the center. The polarization direction of the linearly polarized light is rotated.
As described above, in the light intensity changing device 80 according to the present embodiment, the polarization direction of the laser light L2 (linearly polarized light) incident on the polarizer 82 is rotated by rotating the λ / 2 plate 83 around the optical axis. That is, the amount of light transmitted through the polarizer 82 is changed, and the light intensity of the laser light L2 is changed.
That is, the light intensity changing device 80 is configured such that the light intensity of the laser light L2 emitted from the light intensity changing device 80 varies depending on the arrangement position (rotational position) of the λ / 2 plate 83. .
上述した第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
ここで、前記第１実施形態では、λ／４板８１を回転させても、入射した楕円偏光であるレーザ光Ｌ２を直線偏光に変更する等、偏光状態を変更することができるのみであり、直線偏光に変更できても、その偏光方向までも自由に変えることができないため、レーザ光Ｌ５の光強度の可変幅が制限されてしまう。
これに対して、本実施形態では、λ／４板８１及び偏光子８２の間にλ／２板８３を配設し、当該λ／２板８３を回転することで、レーザ光Ｌ５の光強度を可変とする構成を採用している。
すなわち、λ／２板８３を回転することで、入射した直線偏光であるレーザ光Ｌ２の偏光方向を自由に変えることができるため、レーザ光Ｌ５の光強度の可変幅を大きく設定できる。
According to the second embodiment described above, there are the following effects in addition to the same effects as in the first embodiment.
Here, in the first embodiment, even if the λ / 4 plate 81 is rotated, the polarization state can only be changed, such as changing the incident laser light L2 that is elliptically polarized light to linearly polarized light, Even if it can be changed to linearly polarized light, the polarization direction cannot be changed freely, and therefore the variable width of the light intensity of the laser light L5 is limited.
On the other hand, in this embodiment, a λ / 2 plate 83 is disposed between the λ / 4 plate 81 and the polarizer 82, and the light intensity of the laser light L5 is obtained by rotating the λ / 2 plate 83. It adopts a configuration that makes it variable.
That is, by rotating the λ / 2 plate 83, the polarization direction of the laser light L2 that is incident linearly polarized light can be freely changed, so that the variable range of the light intensity of the laser light L5 can be set large.
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図６は、第３実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、図６に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 6 is a block diagram showing a light intensity changing device 80 in the third embodiment.
This embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the light intensity changing device 80 as shown in FIG. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
第３実施形態における光強度変更装置８０は、図６に示すように、前記第１実施形態で説明したλ／４板８１及び偏光子８２の他、光学素子としてのＮＤフィルタ８４を備える。
なお、本実施形態におけるλ／４板８１は、前記第１実施形態と異なり、入射した楕円偏光のレーザ光Ｌ２を直線偏光のレーザ光Ｌ２に変更し、かつ、当該直線偏光の偏光方向が偏光子８２の透過軸に一致する回転位置で回転不能に固定されているものである。
As shown in FIG. 6, the light intensity changing device 80 according to the third embodiment includes an ND filter 84 as an optical element in addition to the λ / 4 plate 81 and the polarizer 82 described in the first embodiment.
The λ / 4 plate 81 in this embodiment is different from the first embodiment in that the incident elliptically polarized laser light L2 is changed to linearly polarized laser light L2, and the polarization direction of the linearly polarized light is polarized. It is fixed so as not to rotate at a rotational position that coincides with the transmission axis of the child 82.
図７は、ＮＤフィルタ８４の構成を示す模式図である。
ＮＤフィルタ８４は、図６に示すように、λ／４板８１の光路前段に配設され、レーザ光Ｌ２の入射位置に応じて透過する光量が異なるように構成されている。
そして、ＮＤフィルタ８４は、素子制御手段６４による制御の下、配設位置が変更されることで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
なお、ＮＤフィルタ８４の構成としては、例えば、図７に示す構成を採用できる。
例えば、ＮＤフィルタ８４としては、図７（Ａ）に示すように、レーザ光源装置１の光軸を中心として回転可能に構成される。そして、ＮＤフィルタ８４は、素子制御手段６４による制御の下、回転することで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the ND filter 84.
As shown in FIG. 6, the ND filter 84 is disposed in the upstream of the optical path of the λ / 4 plate 81, and is configured so that the amount of transmitted light varies depending on the incident position of the laser light L2.
And the ND filter 84 changes the light quantity of the laser beam L2 to be transmitted by changing the arrangement position under the control of the element control means 64.
As the configuration of the ND filter 84, for example, the configuration shown in FIG.
For example, the ND filter 84 is configured to be rotatable around the optical axis of the laser light source device 1 as shown in FIG. And the ND filter 84 changes the light quantity of the laser beam L2 which permeate | transmits by rotating under control by the element control means 64. FIG.
また、例えば、ＮＤフィルタ８４としては、図７（Ｂ）に示すように、レーザ光源装置１の光軸に直交する平面内で直線的に移動可能に構成される。そして、ＮＤフィルタ８４は、素子制御手段６４による制御の下、移動することで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
すなわち、本実施形態の光強度変更装置８０は、ＮＤフィルタ８４の配設位置に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
For example, the ND filter 84 is configured to be linearly movable in a plane orthogonal to the optical axis of the laser light source device 1 as shown in FIG. Then, the ND filter 84 moves under the control of the element control means 64, thereby changing the light amount of the transmitted laser light L2.
That is, the light intensity changing device 80 of the present embodiment is configured such that the light intensity of the laser light L2 emitted from the light intensity changing device 80 varies depending on the position where the ND filter 84 is disposed.
上述した第３実施形態のように本発明に係る光学素子としてＮＤフィルタ８４を採用した場合であっても、前記第１，第２実施形態と同様の効果を享受できる。 Even when the ND filter 84 is employed as the optical element according to the present invention as in the third embodiment described above, the same effects as in the first and second embodiments can be enjoyed.
[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第３実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図８は、第４実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第３実施形態に対して、図８に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第３実施形態と同様である。
第４実施形態における光強度変更装置８０では、図８に示すように、前記第３実施形態で説明したＮＤフィルタ８４の代わりに、エタロン８５を用いている。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
Hereinafter, the same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 8 is a block diagram showing a light intensity changing device 80 in the fourth embodiment.
This embodiment is different from the third embodiment only in the configuration of the light intensity changing device 80 as shown in FIG. Other configurations are the same as those of the third embodiment.
In the light intensity changing device 80 according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, an etalon 85 is used instead of the ND filter 84 described in the third embodiment.
図９は、エタロン８５の特性を示す図である。
エタロン８５は、図９に示すように、波長フィルタとしての機能を有する。
具体的に、エタロン８５は、図９（Ａ）に示すようにレーザ光源装置１の光軸に直交する平面に対して面外方向に回転すると、図９（Ｂ）に示すように波長透過特性が変化する特性を有する。
本実施形態では、上述したエタロン８５の特性を利用して、本発明に係る光学素子としてエタロン８５を採用している。
FIG. 9 is a diagram illustrating the characteristics of the etalon 85.
As shown in FIG. 9, the etalon 85 has a function as a wavelength filter.
Specifically, when the etalon 85 rotates in an out-of-plane direction with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the laser light source device 1 as shown in FIG. 9A, the wavelength transmission characteristics as shown in FIG. 9B. Has a characteristic of changing.
In the present embodiment, the etalon 85 is employed as an optical element according to the present invention by utilizing the characteristics of the etalon 85 described above.
そして、エタロン８５は、レーザ光源装置１の光軸に直交する平面に対して面外方向に回転可能に構成される。そして、エタロン８５は、素子制御手段６４による制御の下、回転することで、透過するレーザ光Ｌ２の光量を変更する。
すなわち、本実施形態の光強度変更装置８０は、エタロン８５の配設位置（回転位置）に応じて、当該光強度変更装置８０から出射されるレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されている。
The etalon 85 is configured to be rotatable in an out-of-plane direction with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the laser light source device 1. And the etalon 85 changes the light quantity of the laser beam L2 which permeate | transmits by rotating under control by the element control means 64. FIG.
That is, the light intensity changing device 80 of the present embodiment is configured such that the light intensity of the laser light L2 emitted from the light intensity changing device 80 varies depending on the arrangement position (rotational position) of the etalon 85. Yes.
上述した第４実施形態のように本発明に係る光学素子としてエタロン８５を採用した場合であっても、前記第１，第２実施形態と同様の効果を享受できる。 Even when the etalon 85 is employed as the optical element according to the present invention as in the fourth embodiment described above, the same effects as in the first and second embodiments can be enjoyed.
[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第３実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図１０は、第５実施形態における光強度変更装置８０を示すブロック図である。
本実施形態では、前記第３実施形態に対して、図１０に示すように、光強度変更装置８０の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第３実施形態と同様である。
第５実施形態における光強度変更装置８０では、図１０に示すように、前記第３実施形態で説明したＮＤフィルタ８４の代わりに、複屈折性材料から構成された複屈折素子８６を用いている。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
Hereinafter, the same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 10 is a block diagram showing a light intensity changing device 80 in the fifth embodiment.
This embodiment is different from the third embodiment only in the configuration of the light intensity changing device 80 as shown in FIG. Other configurations are the same as those of the third embodiment.
In the light intensity changing device 80 in the fifth embodiment, as shown in FIG. 10, a birefringent element 86 made of a birefringent material is used instead of the ND filter 84 described in the third embodiment. .
複屈折性材料は、温度に応じて偏光特性が変化する特性を有する。
本実施形態では、上述した複屈折性材料の特性を利用して、本発明に係る光学素子として複屈折素子８６を採用している。
なお、具体的な図示は省略したが、複屈折素子８６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等で構成される温度調整器が取り付けられている。
そして、素子制御手段６４は、フィルタ６２にて分離された低周波数成分に基づいて、温度調整器を制御することで、複屈折素子８６の温度を制御し、周期のゆっくりとした大きな変動を抑制する。
The birefringent material has a characteristic that the polarization characteristic changes depending on the temperature.
In the present embodiment, the birefringent element 86 is employed as the optical element according to the present invention by utilizing the characteristics of the birefringent material described above.
Although not specifically shown, the birefringent element 86 is attached with a thermistor for detecting the temperature and a temperature regulator composed of a Peltier element for adjusting the temperature.
And the element control means 64 controls the temperature of the birefringence element 86 by controlling the temperature regulator based on the low frequency component separated by the filter 62, and suppresses a large fluctuation with a slow period. To do.
上述した第５実施形態によれば、前記第１，第２実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、複屈折素子８６が温度に応じて出射するレーザ光Ｌ２の光強度が異なるように構成されているので、素子制御手段６４は、複屈折素子８６の温度を制御することで、レーザ光Ｌ５の光強度を安定化できる。
また、複屈折素子８６の温度を制御してレーザ光Ｌ５の光強度を可変とする構成を採用することで、複屈折素子８６を移動する必要がなく、移動に伴う振動等が発生することがない。
According to the fifth embodiment described above, there are the following effects in addition to the same effects as those of the first and second embodiments.
In the present embodiment, since the birefringent element 86 is configured so that the light intensity of the laser light L2 emitted according to the temperature is different, the element control means 64 controls the temperature of the birefringent element 86, The light intensity of the laser beam L5 can be stabilized.
Further, by adopting a configuration in which the temperature of the birefringent element 86 is controlled to make the light intensity of the laser light L5 variable, it is not necessary to move the birefringent element 86, and vibration or the like accompanying the movement may occur. Absent.
なお、本発明は、前記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。
前記各実施形態では、ヨウ素セル４５を利用してレーザ光Ｌ５の波長を安定化する（共振器２０の共振器長を変更する）レーザ光源装置１に本発明を適用したが、これに限らず、ヨウ素セル４５を利用してレーザ光Ｌ５の波長を安定化する（共振器２０の共振器長を変更する）レーザ光源装置１以外のレーザ光源装置にも適用可能である。
前記第５実施形態では、本発明に係る光学素子として複屈折素子８６を採用していたが、これに限らず、温度に応じて偏光特性や透過率が変化する特性を有していれば、その他の構成、例えば、前記第４実施形態で説明したエタロン８５等を採用しても構わない。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within a scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
In each of the above embodiments, the present invention is applied to the laser light source device 1 that stabilizes the wavelength of the laser light L5 using the iodine cell 45 (changes the resonator length of the resonator 20), but is not limited thereto. The present invention can also be applied to laser light source devices other than the laser light source device 1 that stabilizes the wavelength of the laser light L5 using the iodine cell 45 (changes the resonator length of the resonator 20).
In the fifth embodiment, the birefringent element 86 is employed as the optical element according to the present invention. However, the present invention is not limited to this, and the optical element according to the present invention has a characteristic that polarization characteristics and transmittance change according to temperature. Other configurations such as the etalon 85 described in the fourth embodiment may be employed.
本発明は、電流が供給されることで励起光を出射する励起用光源と、励起用光源からの励起光を共振させてレーザ光を生成する共振器とを備えたレーザ光源装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a laser light source device including an excitation light source that emits excitation light when supplied with an electric current, and a resonator that resonates excitation light from the excitation light source to generate laser light.
１・・・レーザ光源装置
１０・・・半導体レーザ（励起用光源）
２０・・・共振器
２６・・・アクチュエータ
４５・・・ヨウ素セル（吸収セル）
４７・・・光検出器
６０・・・制御装置
６１・・・波長制御手段
６２・・・フィルタ（周波数分離手段）
６３・・・光源制御手段
６４・・・素子制御手段
７０・・・光強度検出装置
８０・・・光強度変更装置
８１・・・λ／４板（光学素子）
８３・・・λ／２板（光学素子）
８４・・・ＮＤフィルタ（光学素子）
８５・・・エタロン（光学素子）
８６・・・複屈折素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source apparatus 10 ... Semiconductor laser (excitation light source)
20 ... Resonator 26 ... Actuator 45 ... Iodine cell (absorption cell)
47: photodetector 60 ... control device 61 ... wavelength control means 62 ... filter (frequency separation means)
63 ... Light source control means 64 ... Element control means 70 ... Light intensity detection device 80 ... Light intensity change device 81 ... λ / 4 plate (optical element)
83 ... λ / 2 plate (optical element)
84 ND filter (optical element)
85 ... Etalon (optical element)
86: Birefringent element
Claims (5)
当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を可変とする光学素子を有する光強度変更装置と、
当該レーザ光源装置から出射されるレーザ光の光強度を検出する光強度検出装置と、
前記励起用光源及び前記光学素子を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記励起用光源に供給する電流値を制御する光源制御手段と、
前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子を制御する素子制御手段とを備える
ことを特徴とするレーザ光源装置。 A laser light source device comprising: an excitation light source that emits excitation light when supplied with a current; and a resonator that generates excitation light from the excitation light source and generates laser light,
A light intensity changing device having an optical element capable of varying the light intensity of laser light emitted from the laser light source device;
A light intensity detection device for detecting the light intensity of laser light emitted from the laser light source device;
A controller for controlling the light source for excitation and the optical element,
The controller is
Light source control means for controlling a current value supplied to the excitation light source based on a detection result of the light intensity detection device;
An element control means for controlling the optical element based on a detection result of the light intensity detection apparatus.
前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
レーザ光が照射される吸収セルと、
前記吸収セルを介したレーザ光を検出して光出力信号を出力する光検出器とを備え、
前記制御装置は、
前記光検出器から出力される光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき前記アクチュエータを制御してレーザ光の波長を制御する波長制御手段を備え、
前記光学素子は、
前記吸収セルに照射されるレーザ光の光強度を可変とする
ことを特徴とするレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1,
An actuator for changing a resonator length of the resonator;
An absorption cell irradiated with laser light;
A photodetector for detecting a laser beam through the absorption cell and outputting an optical output signal;
The controller is
A wavelength control means for controlling the wavelength of laser light by controlling the actuator based on a saturated absorption line included in an optical output signal output from the photodetector;
The optical element is
A laser light source device characterized in that the light intensity of the laser light applied to the absorption cell is variable.
前記光学素子は、
配設位置を変更可能に構成され、
前記光強度変更装置は、
前記光学素子の配設位置に応じて前記光強度変更装置から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、
前記素子制御手段は、
前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の配設位置を変更する
ことを特徴とするレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1 or 2,
The optical element is
The arrangement position can be changed,
The light intensity changing device is
The light intensity of the laser light emitted from the light intensity changing device is different according to the arrangement position of the optical element,
The element control means includes
The laser light source device, wherein the arrangement position of the optical element is changed based on a detection result of the light intensity detection device.
前記光学素子は、
前記光学素子の温度に応じて前記光学素子から出射されるレーザ光の光強度が異なるように構成され、
前記素子制御手段は、
前記光強度検出装置の検出結果に基づいて、前記光学素子の温度を制御する
ことを特徴とするレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1 or 2,
The optical element is
The optical intensity of the laser light emitted from the optical element is different depending on the temperature of the optical element,
The element control means includes
A laser light source device that controls the temperature of the optical element based on a detection result of the light intensity detection device.
前記制御装置は、
前記光強度検出装置にて検出されたレーザ光の光強度を２つの周波数成分に分ける周波数分離手段を備え、
前記光源制御手段は、
前記２つの周波数成分のうち高周波数成分に基づいて、前記励起用光源に供給する電流値を制御し、
前記素子制御手段は、
前記２つの周波数成分のうち低周波数成分に基づいて、前記光学素子を制御する
ことを特徴とするレーザ光源装置。 The laser light source device according to any one of claims 1 to 4,
The controller is
A frequency separation means for dividing the light intensity of the laser light detected by the light intensity detection device into two frequency components;
The light source control means includes
Based on the high frequency component of the two frequency components, the current value supplied to the excitation light source is controlled,
The element control means includes
The laser light source device, wherein the optical element is controlled based on a low frequency component of the two frequency components.
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