JP2022127514A - Wavelength control device, wavelength control method, and differential absorption lidar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザーに対して光の波長を制御する波長制御装置及び波長制御方法、ならびに差分吸収ライダー装置に関する。 The present invention relates to a wavelength control device and a wavelength control method for controlling the wavelength of light with respect to a laser, and a differential absorption LIDAR device.
ライダー(Lidar)は、レーザー光を用いたセンシング技術であり、大気中の気体分子や微粒子(エアロゾル)等を観測するのに好適で、その濃度、光源からの距離、または速度等を取得することができる。ライダーは、様々な手法があり、例えば水蒸気観測には、差分吸収ライダー(Differential Absorption Lidar:DIAL)(例えば、特許文献1、非特許文献1,2)及びラマンライダーが知られている。水蒸気観測において、ラマンライダーは背景光の強い昼間の観測が困難であるのに対し、差分吸収ライダーは昼夜によらず観測が可能であり、さらに、アイセーフ対応の赤外線(波長1.4μm以上)を使用することができる。
Lidar is a sensing technology that uses laser light and is suitable for observing gas molecules and fine particles (aerosols) in the atmosphere. can be done. There are various lidar techniques. For example, differential absorption lidar (DIAL) (for example,
差分吸収ライダー(DIAL)装置は、レーザーを2台備え、観測対象とする気体分子等による光吸収量が異なる2波長のレーザー光を照射して、反射及び散乱光の受信強度比に基づいて気体分子の濃度を計測する。観測対象以外の気体分子等による光吸収も波長依存性を有して存在するので、DIAL装置において、観測に使用するレーザー光の波長の決定及びその波長に制御することは、最も重要な要素の一つである。レーザーは、周囲環境の変化や経年劣化によって照射する光の波長がドリフト及び変動することがあるので、DIAL装置において気体分子等を長期間安定して測定するためには、発振波長を特定の波長に継続して制御する技術が必要となる。 The differential absorption lidar (DIAL) device is equipped with two lasers, and irradiates laser light of two wavelengths with different light absorption amounts by gas molecules to be observed. Measures the concentration of molecules. Since light absorption by gas molecules other than those to be observed also exists with wavelength dependence, determining the wavelength of the laser light used for observation and controlling it to that wavelength are the most important factors in the DIAL device. is one. Lasers can drift and fluctuate in the wavelength of the light they irradiate due to changes in the surrounding environment and deterioration over time. Therefore, a technology for continuous control is required.
レーザー光の波長を制御する方法の一つとしては、レーザー光を位相変調してガスセルまたはエタロン素子に透過させ、透過した光の検出強度や位相情報を基に帰還信号を生成し、帰還信号でレーザー光の波長をフィードバック制御するPound-Drever-Hall(PDH)法が挙げられる(例えば、非特許文献1,3)。別の方法は、特定の波長に制御したレーザー光(マスターレーザー光)を基準として、任意の波長分ずらした波長に制御するオフセットロック法が挙げられる(例えば、非特許文献2)。オフセットロック法では、PDH法で基準波長に波長制御したマスターレーザー光と波長制御対象のレーザー光とを光ヘテロダイン検波して差周波信号を生成し、光位相同期ループ(Optical Phase-Locked Loop:OPLL)技術を用いて差周波信号を基準信号と位相同期することにより、レーザー光の波長を制御する。
One method of controlling the wavelength of laser light is to phase-modulate the laser light and transmit it through a gas cell or etalon element, generate a feedback signal based on the detected intensity and phase information of the transmitted light, and use the feedback signal A Pound-Drever-Hall (PDH) method that feedback-controls the wavelength of laser light is exemplified (for example,
しかし、PDH法では、ガスセルに封入された気体分子の吸収線の中心波長またはエタロン素子の共振波長のように特定の1つの波長にしか波長を制御することができない。オフセットロック法では、基準波長のマスターレーザー光と制御対象のレーザー光との差周波数が大きいと、光ヘテロダイン検波に用いる光検出器が応答できなくなるので、観測に用いようとする波長が基準波長に対して差が大きいと制御することが困難になる。さらに、OPLL技術では、フィードバック回路の周波数応答特性が波長制御の精度に与える影響が大きいので、差周波信号の周波数を変える、すなわちオフセット量を変えると制御精度が低下するという課題がある。例えば、DIAL装置は、CO2を封入したガスセルを備えることでレーザー光をCO2の測定に好適な波長に制御することができるが、水蒸気を測定するために好適な波長に制御することは困難である。 However, in the PDH method, the wavelength can only be controlled to one specific wavelength such as the central wavelength of the absorption line of the gas molecules enclosed in the gas cell or the resonant wavelength of the etalon element. In the offset lock method, if the difference frequency between the master laser light of the reference wavelength and the laser light to be controlled is large, the photodetector used for optical heterodyne detection cannot respond. On the other hand, if the difference is large, it becomes difficult to control. Furthermore, in the OPLL technique, the frequency response characteristics of the feedback circuit have a large effect on the accuracy of wavelength control. Therefore, changing the frequency of the difference frequency signal, ie, changing the offset amount, causes a problem of lowering the control accuracy. For example, the DIAL device is equipped with a gas cell filled with CO 2 so that the laser light can be controlled to a wavelength suitable for measuring CO 2 , but it is difficult to control the wavelength suitable for measuring water vapor. is.
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、レーザー光の波長を安定して制御することができる波長制御装置及び波長制御方法、ならびに差分吸収ライダー装置を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wavelength control device, a wavelength control method, and a differential absorption lidar device capable of stably controlling the wavelength of laser light. .
本発明に係る波長制御装置は、レーザー光源に対して、誤差信号を出力して前記誤差信号に基づく波長を有するレーザー光を照射させる波長補正手段と、基準レーザー光源が照射した基準レーザー光を変調して、前記基準レーザー光に1以上の側帯波を発生させた変調光を出力する側帯波発生手段と、前記変調光と前記レーザー光とが合波した光が入力されて、前記変調光と前記レーザー光との周波数差と同じ周波数を含む電気信号を出力する光検出器と、を備える構成であり、前記波長補正手段は、前記電気信号に基づき、前記変調光における前記レーザー光に波長が最も近い1つの側帯波と前記レーザー光との周波数差が所定の値となるように、前記レーザー光の波長をシフトさせる前記誤差信号を生成する。 The wavelength control device according to the present invention includes wavelength correction means for outputting an error signal to a laser light source and irradiating laser light having a wavelength based on the error signal, and modulating the reference laser light emitted by the reference laser light source. sideband wave generating means for outputting modulated light obtained by generating one or more sideband waves in the reference laser light; a photodetector that outputs an electric signal including a frequency that is the same as the frequency difference from the laser light, and the wavelength correction means corrects the wavelength of the laser light in the modulated light based on the electric signal. The error signal is generated to shift the wavelength of the laser light so that the frequency difference between the closest one sideband and the laser light is a predetermined value.
また、本発明に係る差分吸収ライダー装置は、シード光として互いに異なる波長のレーザー光を照射する第1のレーザー光源及び第2のレーザー光源、前記波長制御装置、ならびに前記基準レーザー光を照射する基準レーザー光源を備える構成であり、前記波長制御装置は、前記光検出器及び前記波長補正手段が前記第1のレーザー光源及び前記第2のレーザー光源のそれぞれに設けられて、前記レーザー光の波長を制御する。 Further, the differential absorption lidar apparatus according to the present invention includes a first laser light source and a second laser light source that irradiate laser light of different wavelengths as seed light, the wavelength control device, and a reference for irradiating the reference laser light. The wavelength control device includes a laser light source, wherein the photodetector and the wavelength correction means are provided in each of the first laser light source and the second laser light source to determine the wavelength of the laser light. Control.
本発明に係る波長制御方法は、レーザー光源が照射するレーザー光を、基準レーザー光の波長に対して所定の差の波長に制御する方法であって、基準レーザー光源が照射した前記基準レーザー光を変調して、前記基準レーザー光に1以上の側帯波を発生させた変調光を出力する側帯波発生ステップと、前記変調光と前記レーザー光とから、前記変調光と前記レーザー光との周波数差と同じ周波数を含む電気信号を出力する光検出ステップと、前記電気信号から誤差信号を生成して前記レーザー光源に入力し、前記レーザー光を、前記変調光における前記レーザー光に波長が最も近い1つの側帯波との周波数差が所定の値となるように、前記レーザー光源に前記誤差信号に基づく波長に調整させる波長補正ステップと、を行う。 A wavelength control method according to the present invention is a method for controlling laser light emitted by a laser light source to have a wavelength with a predetermined difference from a wavelength of a reference laser light, wherein the reference laser light emitted by the reference laser light source is a sideband wave generating step of modulating and outputting modulated light generated by generating one or more sideband waves in the reference laser light; and a frequency difference between the modulated light and the laser light based on the modulated light and the laser light. a photodetection step of outputting an electrical signal including the same frequency as that of the laser light, generating an error signal from the electrical signal and inputting it to the laser light source, and converting the laser light into the modulated light having the wavelength closest to the laser light and a wavelength correction step of adjusting the laser light source to a wavelength based on the error signal so that the frequency difference between the two sideband waves becomes a predetermined value.
本発明によれば、レーザー光を所望の波長に安定して制御することができる波長制御装置及び波長制御方法、ならびに、所望の気体分子を高精度で観測することができる差分吸収ライダー装置が得られる。 According to the present invention, a wavelength control device and a wavelength control method capable of stably controlling a laser beam to a desired wavelength, and a differential absorption lidar device capable of observing desired gas molecules with high precision are obtained. be done.
本発明に係る波長制御装置及び波長制御方法、ならびに差分吸収ライダー装置を実施するための形態について、図を参照して説明する。同一構造の要素については、同じ符号を付して表す。 Embodiments for implementing a wavelength control device, a wavelength control method, and a differential absorption lidar device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Elements having the same structure are denoted by the same reference numerals.
〔差分吸収ライダー装置〕
本発明の実施形態に係るDIAL装置(差分吸収ライダー装置)10は、大気中にレーザー光を照射して大気中の気体分子や微粒子(エアロゾル)等を観測する装置であり、特に水蒸気の観測に好適である。図1に示すように、本実施形態に係るDIAL装置10は、シード光として互いに異なる波長のレーザー光L1,L2を照射する2台のレーザー光源(第1のレーザー光源、第2のレーザー光源)12,13と、レーザー光L1,L2の波長を制御する波長制御装置20と、レーザー光L1,L2の波長の制御に使用する基準光(基準レーザー光)L0を照射する基準レーザー光源11と、を備える。
[Differential absorption lidar device]
A DIAL device (differential absorption lidar device) 10 according to an embodiment of the present invention is a device for observing gas molecules and fine particles (aerosols) in the atmosphere by irradiating laser light into the atmosphere. preferred. As shown in FIG. 1, the
DIAL装置10はさらに、パルスレーザー増幅器7、望遠鏡(送受信光学系)8、及び信号処理・観測制御装置9を備え、また、必要に応じて、光アイソレータ14、光分波器15,16,18、光切替器17、ミラー19、及びレンズ(図示省略)等の光学素子を備える。DIAL装置10は、波長制御装置20以外の部品については、一般的なDIAL装置に搭載されるものと同様の装置を適用することができる。なお、図1、及び後記図2において、実線の矢印で電気信号を、太点線またはハッチングを付した太線の矢印で光を、それぞれ表す。また、簡潔に説明するために光が直進して表されるが、DIAL装置10は、光ファイバ等の光導波路を備えて、任意の形状の光路を構成することができる。以下、各要素について詳細に説明する。
The
(基準レーザー光源、レーザー光源)
基準レーザー光源11及びレーザー光源12,13は、半導体レーザーや固体レーザー等であり、それぞれ照射するレーザー光の波長に対応した公知の装置を適用することができる。また、基準レーザー光源11及びレーザー光源12,13は、入力される電圧等を変化させることにより発振波長を僅かに変化させることができるように、例えば、共振器及び共振器長を調整するピエゾ素子を備える。レーザー光源12,13が照射するレーザー光L1,L2は、DIAL装置10のシード光として、観測対象の気体分子(例えば、水蒸気(H2O))の光吸収量が互いに異なると共に、大気中の他の気体分子(例えば、CO2)の光吸収量が十分に少ない波長が選択される。また、レーザー光L1,L2は、大気中に照射されることから、アイセーフ対応の赤外線(波長1.4μm以上)であることが好ましい。例えば、レーザー光L1,L2が波長2.05μm近傍の赤外線である場合には、レーザー光源12,13として、Tm,Ho:YLF連続レーザーを適用することができる。
(reference laser light source, laser light source)
The reference
レーザー光源12は、波長λ1に制御されたレーザー光L1を照射し、レーザー光源13は、波長λ2に制御されたレーザー光L2を照射する。観測対象の気体分子の光吸収量が大きい方をレーザー光L1の波長λ1、小さい方をレーザー光L2の波長λ2とする。波長λ1は、観測対象の気体分子の吸収線の中心波長等、光吸収量が過大な波長を適用すると、DIAL装置10による観測距離が短くなる。また、吸収線の中心波長近傍においては、光吸収量の波長依存性が高く、波長の微小な変動により光吸収量が変化する。このような波長では、光吸収量の温度・気圧依存性が高くなる。そこで、気体分子濃度の高度分布を計測するためには、波長λ1は、吸収線の中心波長からある程度離れた、光吸収量が適度な波長を選択することが好ましい。一方、波長λ2は、計測精度を向上させるために、吸収線から十分に離れた波長や光吸収量が十分に少ない波長を選択することが好ましい。また、計測精度を向上させるために、波長λ1,λ2は共に、大気中の他の気体分子による光吸収の影響が小さい波長を選択し、かつ光吸収量が互いに同等であることが好ましい。レーザー光L1,L2は、このように設定された波長λ1,λ2に、後記するように、波長制御装置20により基準光L0の波長(基準波長)λ0を基準として制御される。
The
基準レーザー光源11は、基準光(基準レーザー光)L0を照射する。基準光L0は、レーザー光L1,L2をそれぞれ波長λ1,λ2に制御するための基準波長λ0を有するレーザー光である。基準波長λ0は、波長λ1,λ2とのそれぞれの差が大き過ぎない範囲で安定して固定することができる任意の値に設定することができ、周波数での差が50GHz以下であることが好ましい。具体的には後記するように、波長制御装置20の波長安定化装置3を使用したPound-Drever-Hall(PDH)法により、波長安定化装置3のガスセル34(図2参照)に封入した気体分子の吸収線の中心波長に制御することができる。
The reference
(光学素子)
光アイソレータ14は、基準レーザー光源11及びレーザー光源12,13のそれぞれに設けられて、発振動作の戻り光による擾乱を防止する。光分波器(ビームスプリッタ)15,16は、レーザー光源12,13が照射したレーザー光L1,L2を、それぞれの一部を波長制御装置20に導入するために分岐する。光分波器15,16は、図1及び図2ではハーフミラーで表すが、例えば光カプラであり、光ファイバを経由してレーザー光源12,13に接続され、さらに、所望の分岐比のものを適用することができる。光切替器17は、レーザー光L1とレーザー光L2を周期的に(例えば、パルスレーザー増幅器7が出力するパルス周期毎に)交互に出力する光スイッチである。光分波器18は、光分波器15,16と同様の構成とすることができ、光切替器17が出力したレーザー光L1またはレーザー光L2(適宜、レーザー光L1/L2と称する)を、パルスレーザー増幅器7及び信号処理・観測制御装置9のそれぞれに入力するために分岐する。
(optical element)
The
(パルスレーザー増幅器、望遠鏡、信号処理・観測制御装置)
パルスレーザー増幅器7は、レーザー光源12,13から連続波として照射されたレーザー光L1,L2を、観測用に所定の周期及びパルス幅のパルス光Lplsとし、さらに所定の出力に増幅させる。望遠鏡8は送受信光学系であり、パルスレーザー増幅器7が出力したパルス光Lplsを大気中に照射すると共に、大気中からパルス光Lpls´を受光する。望遠鏡8は、例えば、軸外式望遠鏡が適用される。信号処理・観測制御装置9は、光切替器17から入力されたレーザー光L1/L2と望遠鏡8が受光した光Lpls´とから、波長λ1,λ2それぞれの光についてヘテロダイン検波で電気信号を得て、観測対象の気体分子濃度を算出する。
(Pulse laser amplifier, telescope, signal processing/observation controller)
The
〔波長制御装置〕
図2に示すように、本発明の実施形態に係る波長制御装置20は、レーザー光源12に対して、誤差信号Serr1を出力して誤差信号Serr1に基づく波長を有するレーザー光L1を照射させる波長補正部(波長補正手段)6と、基準レーザー光源11が照射した基準光L0を変調して基準光L0に1以上の側帯波を発生させた変調光L0modを出力する側帯波発生部(側帯波発生手段)4と、変調光L0modとレーザー光L1とが合波した光が入力されて、変調光L0modとレーザー光L1との周波数差と同じ周波数を含む電気信号SDF1を出力する光検出器51と、を備える。そして、波長補正部6は、電気信号SDF1に基づき、変調光L0modにおけるレーザー光L1に波長が最も近い1つの側帯波とレーザー光L1との周波数差が所定の値となるように、レーザー光L1の波長をシフトさせる誤差信号Serr1を生成する。
[Wavelength controller]
As shown in FIG. 2, the
さらに波長制御装置20は、基準レーザー光源11に対して基準光L0の波長を基準波長λ0に制御する波長安定化装置3を備える構成としてもよい。なお、図1に示すように、DIAL装置10は互いに波長の異なるレーザー光L1,L2をシード光として使用するので、DIAL装置10に設けられる波長制御装置20は、レーザー光L1,L2を個別に制御するために、光検出器51,52及び波長補正部6,6を備える。波長制御装置20はさらに、必要に応じて、光分波器21,22、光合波器23,24、及びミラー29等の光学素子、ならびに、基準レーザー光源11及びレーザー光源12,13の各発振波長と共に、波長補正部6から電気信号SDF1,SDF2に含まれる差周波成分及びその位相情報を外部のモニタ等にリアルタイムで出力するための、周波数スペクトラムアナライザ等を含む通知手段(図示せず)を備える。
Furthermore, the
波長制御装置20は、かかる構成により、基準光L0の波長λ0にかかわらず、その側帯波の一つを波長制御対象であるレーザー光L1の目標波長近傍の波長に制御して、差周波信号を光検出器51で得ることができる。したがって、差周波信号に基づく誤差信号Serr1でレーザー光L1の波長を補正することができる。また、このような波長制御装置20を備える差分吸収ライダー装置10は、かかる構成により、レーザー光L1,L2をそれぞれ任意の波長に安定させて観測対象に照射することができる。以下、波長制御装置20について詳細に説明する。
With such a configuration, the
波長制御装置20において、基準レーザー光源11から照射された基準光L0は、光アイソレータ14を透過し、光分波器(ビームスプリッタ)21で分岐されて、波長安定化装置3及び側帯波発生部4にそれぞれ入力する。基準光L0は、波長安定化装置3及び側帯波発生部4のそれぞれの光変調器33,43に入力するため、光変調器33,43に対応した偏光方向とし、必要に応じて半波長板(HWP)を経由させて偏光方向を変える。光分波器22は、DIAL装置10において波長制御装置20がレーザー光L1,L2を個別に制御するために2つの光検出器51,52を備えることにより、そのそれぞれに共通の変調光L0modを入力するために設けられる。光分波器21,22及び光合波器23,24は、図1及び図2ではハーフミラーで表すが、光分波器15,16と同様の構成とすることができ、例えば光カプラであり、さらに所望の分岐比のものを適用することができる。
In the
(波長安定化装置)
波長安定化装置3は、ガスセル34を備え、Pound-Drever-Hall(PDH)法により、基準レーザー光L0をガスセル34に封入された気体分子の吸収線の中心波長に同期させる。そのために、波長安定化装置3は、基準レーザー光源11が照射した基準光L0を入力され、帰還信号Sfbを出力して基準レーザー光源11に帰還させる。波長安定化装置3は、PDH法による公知の波長安定化装置(非特許文献1,3参照)と同様の構成とすることができ、一例として図2に示すように、ガスセル34の他にさらに、局部発振器31、移相器32、光変調器33、光検出器35、周波数混合器36、低周波域濾波器(LPF)37、及び比例積微分(PID)制御器38を備える。
(wavelength stabilizer)
The
ガスセル34は、波長安定化装置3における共振系であり、光を透過するセルに気体分子を封入したものである。ガスセル34の気体分子は、レーザー光L1,L2の波長域に強い吸収のあるものが選択される。例えば、レーザー光L1,L2が波長2.05μm帯の赤外線である場合には、二酸化炭素(CO2)を適用して、CO2の吸収線R30の中心(2050.967nm)を基準光L0の波長λ0とすることができる。また、レーザー光L1,L2が波長1.53μm帯の赤外線である場合には、シアン化水素(HCN)を適用することができる。なお、波長安定化装置3は、共振系としてエタロン素子を備えていてもよく、エタロン素子の光路長に基づく共振波長を基準光L0の波長λ0とすることができる。エタロン素子は、光路とする空洞を2枚の反射鏡を平行に対面させて挟んだ構造を有し、例えば、ファブリペロー(Fabry-Perot)共振器が挙げられる。
The
局部発振器31は、変調信号として電気信号を光変調器33に供給する。光変調器33は、変調信号に基づいて基準光L0を位相変調して、変調信号の周波数fmod0の間隔で±1次の側帯波を基準光L0に立てる。したがって、基準光L0の周波数ν0に対して、光変調器33で変調された光は、主にν0-fmod0,ν0,ν0+fmod0の3つの周波数を有する。光変調器33は、基準光L0の波長帯に対応した装置を使用し、基準光L0に対して両側波帯・搬送波抑圧変調(DSB-SC:Double Side Band Suppressed Carrier)を行う公知の光DSB-SC変調器が好ましい。
The
光検出器35は、入力された光を電気信号に変換するフォトダイオードであり、基準光L0の波長域に対応したものとし、高感度であることが好ましい。光検出器35はさらに、応答速度が高速、すなわち検出可能な周波数が高い(大きい)ことが好ましく、周波数2fmod0近傍のノイズの少ない電気信号を得ることができる。波長安定化装置3において、光検出器35は、基準光L0に側帯波が付随した変調光がガスセル34を透過して入力される。変調光は、前記したように、主にν0-fmod0,ν0,ν0+fmod0の3つの周波数を有する光であるが、ガスセル34を透過する際に周波数ν0の光が吸収されて、相対的に周波数ν0-fmod0,ν0+fmod0の光が強くなる。そして、キャリア(基準光L0)と各側帯波との光ビートのヘテロダイン検波により、光検出器35は、周波数-fmod0,+fmod0、及びこれらの差周波2fmod0を含む電気信号を出力する。
The
周波数混合器36は、光検出器35が出力した電気信号と局部発振器31からの変調信号とを混合する。移相器32は、周波数混合器36に入力する2つの信号の経路の遅延を補償するために設けられる。低周波域濾波器37は、周波数混合器36が出力した信号の低周波数側の信号成分を帰還信号として選択する。PID制御器38は、周波数混合器36及び低周波域濾波器37が生成した帰還信号から、基準レーザー光源11に内蔵された共振器調整用のピエゾ素子を駆動するための電圧を有する帰還信号Sfbを算出する。
A
(側帯波発生部)
側帯波発生部4は、局部発振器41及び光変調器43を備え、さらに必要に応じて増幅器42を備える。局部発振器41は、光変調器43の変調信号として電気信号を供給し、増幅器42は、この変調信号を増幅する。光変調器43は、変調信号に基づいて基準光L0を位相変調して、変調信号の周波数fmodの間隔で側帯波を立てる。側帯波発生部4は、増幅器42で増幅した変調信号を光変調器43に供給することにより、±2次以上の高次の側帯波も十分な強度で立てることができる。したがって、基準光L0の周波数ν0に対して、変調光L0modは、ν0,ν0±fmod,ν0±2fmod,ν0±3fmod,…の複数の周波数を有する。光変調器43は、基準光L0の波長帯に対応した装置を使用し、波長安定化装置3の光変調器33と同じものを適用することができ、光DSB-SC変調器が好ましい。あるいは、後記するようにレーザー光L1,L2の波長制御に使用する側波帯に応じて、光周波数偏移変調(FSK:Frequency Shift Keying)変調器や光SSB(Single Side Band)変調器を使用することもできる。
(Sideband wave generator)
The
(光検出器)
光検出器51,52は、入力された光を電気信号に変換するフォトダイオードである。波長制御装置20において、光検出器51は、基準光L0に側帯波が付随した変調光L0modとレーザー光L1とが重ね合わされて入力されて、ヘテロダイン検波により光ビートから差周波信号を含む電気信号SDF1を出力する。同様に、光検出器52は、変調光L0modとレーザー光L2とが重ね合わされて入力されて、電気信号SDF2を出力する。そのため、光検出器51,52はそれぞれ、レーザー光L1,L2の波長域に対応したものとし、高感度であることが好ましい。さらに光検出器51,52は、後記するように光ビートを検出するために、応答速度が高速、すなわち検出可能な周波数fFDが高く、具体的にはGHzオーダーであることが好ましく、5GHz以上であることがより好ましい。
(photodetector)
The
(波長補正部)
波長補正部6は、光検出器51が出力した電気信号SDF1に基づき、レーザー光L1を波長λ1に制御する誤差信号Serr1を生成する。詳しくは、波長補正部6は、電気信号SDF1に含まれている、変調光L0modにおけるレーザー光L1に波長が最も近い1つの側帯波とレーザー光L1との周波数差(fbeat)が、所定のオフセット周波数fo1となるように、レーザー光L1の波長をシフトさせる誤差信号Serr1を生成する。このような波長補正部6は、オフセットロック機能を有する位相同期ループ(Phase-Locked Loop:PLL)回路(非特許文献2参照)と同様の構成とすることができ、一例として、局部発振器61、分周器(DIV)62、位相比較器(PFD)63、ループ・フィルタ(LF)64、及び比例積微分(PID)制御器65を備える。なお、波長補正部6は、DIAL装置10に設けられる波長制御装置20においては2つ設けられ、1つは前記したように、光検出器51から電気信号SDF1を入力されて誤差信号Serr1を生成して、レーザー光源12に出力する。もう1つは、光検出器52から電気信号SDF2を入力されて誤差信号Serr2を生成して、レーザー光源13に出力する。
(Wavelength corrector)
Based on the
局部発振器61は、オフセット周波数fo1に対応した周波数の基準信号を発振して位相比較器63に入力する。分周器62は、光検出器51から入力された電気信号SDF1に含まれる差周波信号が数GHzもの高い周波数を有するので、これを数十MHzに分周する。位相比較器63は、電気信号SDF1を分周した信号を局部発振器61が発振した基準信号と比較して、誤差信号を出力する。この誤差信号は不要な周波数を含み位相雑音が大きいので、ループ・フィルタ64が低周波域濾波器(ローパスフィルタ)として不要な周波数を除去する。PID制御器65は、位相比較器63及びループ・フィルタ64が生成した誤差信号から、レーザー光源12に内蔵された共振器調整用のピエゾ素子を駆動するための電圧を有する誤差信号Serr1を算出する。PID制御器65により、レーザー光L1の波長がλ1にロックされていた状態から外れたとしても、早期の復帰を可能とする。
The
〔波長制御方法〕
本発明の実施形態に係る波長制御方法は、レーザー光源12が照射するレーザー光L1を、基準光L0の波長に対して所定の差の波長に制御する方法である。なお、レーザー光源12及びレーザー光L1は、基準レーザー光源11及び基準光(基準レーザー光)L0との区別のために、適宜、制御レーザー光源12、制御レーザー光L1と称する。本実施形態に係る波長制御方法は、図3に示すように、基準光L0を変調して、基準光L0に1以上の側帯波を発生させた変調光L0modを出力する側帯波発生ステップS31と、変調光L0modとレーザー光L1とから、変調光L0modとレーザー光L1との周波数差と同じ周波数を含む電気信号SDF1を出力する光検出ステップS32と、電気信号SDF1から誤差信号Serr1を生成してレーザー光源12に入力し、レーザー光L1を、変調光L0modにおけるレーザー光L1に波長が最も近い1つの側帯波との周波数差fbeatがオフセット周波数fo1となるように、レーザー光源12に誤差信号Serr1に基づく波長に調整させる波長補正ステップS34と、を行う。かかる手順により、レーザー光を所望の波長に安定して制御することができる。
[Wavelength control method]
The wavelength control method according to the embodiment of the present invention is a method of controlling the wavelength of the laser light L1 emitted by the
なお、最初に、基準光L0を照射する基準レーザー光源11及びレーザー光源12を起動する起動ステップS1を行う。さらに、基準光L0を基準波長λ0に制御する基準レーザー光安定化処理(S21~S23)を行って、基準光L0が基準波長λ0にロックされたら(S24,YES)側帯波発生ステップS31を実行することが好ましい。以下、図1、図2、図4A及び図4Bを参照して、本発明の実施形態に係る波長制御装置20の、レーザー光L1の波長制御動作を詳細に説明する。
First, a starting step S1 for starting the reference
(基準レーザー光安定化処理)
基準レーザー光安定化処理は、波長安定化装置3について説明したように、PDH法により、基準レーザー光L0を波長安定化装置3のガスセル34に封入された気体分子の吸収線の中心波長に同期させることによって実行することができる。詳しくは、図3に示すように、基準光L0を変調して、基準光L0に±1次の側帯波を発生させた変調光を出力する側帯波発生ステップS21と、変調光をガスセル34(共振系)を透過させた光から電気信号を出力する光検出ステップS22と、電気信号から帰還信号Sfbを生成して基準レーザー光源11に入力し、基準光L0を、ガスセル34に封入された気体分子の吸収線の中心波長となるように、帰還信号Sfbに基づく波長に調整させる波長補正ステップS23と、を行う。
(Reference laser light stabilization treatment)
The reference laser light stabilization process synchronizes the reference laser light L0 with the center wavelength of the absorption line of the gas molecules enclosed in the
側帯波発生ステップS21は、光変調器33が、基準光L0を、局部発振器31から入力される変調信号に基づいて変調して、基準光L0の周波数ν0に対して、ν0-fmod0,ν0,ν0+fmod0の±1次の側帯波を立てる。光検出ステップS22は、変調光を、ガスセル34を透過させて光検出器35に入力し、キャリアと各側帯波との光ビートから、差周波2fmod0を含む電気信号を出力する。波長補正ステップS23は、差周波2fmod0が相殺されるように、周波数混合器36及び低周波域濾波器37が、光検出器35が出力した電気信号を変調信号と比較することにより帰還信号を生成して、さらにこの帰還信号からPID制御器38が帰還信号Sfbを算出し、基準レーザー光源11に帰還させる。基準レーザー光源11は、帰還信号Sfbの電圧に基づき、基準光L0の波長を制御する。この帰還ループによって、基準レーザー光源11の発振波長をガスセル34内の気体分子の吸収線の中心波長にロックすることができる。
In the sideband wave generating step S21, the optical modulator 33 modulates the reference light L0 based on the modulated signal input from the
(側帯波発生ステップ)
基準光L0は、側帯波発生部4によって、その変調信号の周波数fmodの間隔で側帯波を立てられ、側帯波の1つを、レーザー光L1の制御しようとする目標波長λ1近傍とする。そのために、側帯波発生部4の変調信号の周波数fmodは、基準光L0の波長λ0とレーザー光L1の目標波長λ1との差に応じて設定され、ここでは、図4Aに示すように、+1次の側帯波の周波数ν0+fmodが目標波長λ1の周波数ν1近傍となるように設定される。本実施形態においては、この+1次の側帯波でレーザー光L1をオフセットロックする。このオフセットロックに使用する側帯波を、適宜、主側帯波と称する。主側帯波は、比較的強度の高い、より低次の側帯波が好ましく、+1次または-1次の側帯波が最も好ましい。変調周波数fmodの設定に伴い、波長補正部6におけるオフセット周波数fo1が主側帯波の周波数ν0+fmodとν1との差(|ν0+fmod-ν1|)に設定される。オフセット周波数fo1は、変調周波数fmodの1/2よりも小さく、かつ光検出器51の検出周波数fFDよりも小さく(fo1<fmod/2、fo1<fFD)、さらにfmod/2に対して十分に小さいことが好ましい。オフセット周波数fo1がこのような値となるように、変調周波数fmodを設定する。
(Sideband wave generation step)
The reference light L0 is generated by the
(光検出ステップ)
基準光L0を変調した変調光L0mod及びレーザー光L1は、共に光合波器23を介して光検出器51に入力される。すなわち、レーザー光L1と変調光L0modとが光合波器23によって重ね合わされて光検出器51に入力される。その結果、光検出器51に入力する光には光ビートが発生するが、前記したように、変調光L0modはν0,ν0±fmod,ν0±2fmod,ν0±3fmod,…の複数の周波数を有する。したがって、光ビートは、変調光L0modの各周波数とレーザー光L1の周波数ν1とのそれぞれの差周波|ν0-ν1|,|ν0±fmod-ν1|,|ν0±2fmod-ν1|,…を含む。ただし、光検出器51は、その検出能から、検出周波数fFD以内の光のみを電気信号SDF1に変換することができる。
(Photodetection step)
Both the modulated light L0 mod obtained by modulating the reference light L0 and the laser light L1 are input to the
(波長補正ステップ)
波長制御前のレーザー光L1の周波数(初期周波数)をν1initと表すと、図4Aに示すように、ν1initは、変調光L0modにおける+1次の側帯波との差fbeat(=|ν0+fmod-ν1init|)のみが検出周波数fFD以下であり、したがって、電気信号SDF1は、この1つの差周波fbeatの周波数を有する。波長補正部6が、入力された電気信号SDF1の周波数(差周波fbeat)がオフセット周波数fo1(=|ν0+fmod-ν1|)となるように、図4Aに白抜き矢印で示すように、レーザー光L1を周波数ν1initからν1に移行させる誤差信号Serr1を生成する。レーザー光L1が周波数ν1になる、すなわち目標波長λ1になると(S35,YES)、電気信号SDF1がオフセット周波数fo1にロックされるので、波長補正部6によって継続して周波数ν1(波長λ1)に安定化される。
(Wavelength correction step)
Denoting the frequency (initial frequency) of the laser light L1 before wavelength control as ν1 init , as shown in FIG. 4A, ν1 init is the difference f beat (=| ν0 +f mod −ν1 init |) is below the detection frequency f FD , so the
図4Aにおいては、光検出器51が検出する差周波は、レーザー光L1の初期周波数ν1initによって、1つまたは0である。これは、側帯波発生部4の変調周波数fmodが光検出器51の検出周波数fFDの2倍よりも大きく(fmod>2fFD)設定されていることによる。このように、変調周波数fmodを大きく設定すると、光検出器51で1つの差周波のみを検出することができる。
In FIG. 4A, the difference frequency detected by the
基準光L0の波長λ0とレーザー光L1の目標波長λ1との差によっては、側帯波発生部4の変調周波数fmodが小さく、光検出器51の検出周波数fFDの2倍以下となる場合がある。例えば、fFD<fmod≦2fFDの場合には、光検出器51が検出する差周波は、レーザー光L1の初期周波数ν1initによって、2つまたは1つである。図4Bにおいては、光検出器51が検出する差周波が、変調光L0modにおけるν1initに最も近い+1次の側帯波(主側帯波)との差fbeat(=|ν0+fmod-ν1init|)と、+2次の側帯波との差fbeat´(=|ν0+2fmod-ν1init|)と、であり、したがって、電気信号SDF1は、これら2つの差周波を有する。そこで、波長補正部6が、分周器62と位相比較器63との間に低周波域濾波器を備えて、分周前における周波数fbeatの成分のみを選択できるように、分周前におけるfmod/2以上の周波数を除去すればよい。
Depending on the difference between the wavelength λ0 of the reference light L0 and the target wavelength λ1 of the laser light L1, the modulation frequency f mod of the
波長制御装置20によりレーザー光L1が波長λ1にロックされている(ロック状態)かロックされていないかは、波長補正部6が電気信号SDF1に含まれる差周波成分及びその位相情報をリアルタイムで外部に出力することにより知ることができる。波長補正部6がPID制御器65を備えることにより、レーザー光L1がロックから外れた時には、自動または手動により、ロック状態に復帰させることができる。
Whether or not the laser light L1 is locked (locked state) at the wavelength λ1 by the
レーザー光L1が初期において波長のずれが大きいと、変調光L0modにおける主側帯波との周波数差が光検出器51の検出周波数fFDを超えてしまい、電気信号SDF1から差周波fbeatを検出できず(S33,NO)、誤差信号Serr1を生成できない。あるいは、変調光L0modにおける主側帯波以外の側帯波やキャリア(基準光L0)でオフセットロックされたり、主側帯波に対する本来のオフセット側(図4A及び図4Bにおいては、+側)の反対側でオフセットロックされたりして、目標波長λ1以外の波長にロックされる(S35,NO)という誤動作を生じる。このような場合には、レーザー光源12のパラメータを外部からの操作等により変更するレーザー光源パラメータ変更ステップS36を行って、発振波長を調整する。レーザー光源12のパラメータは、具体的には、駆動電流(固体レーザーであればレーザー媒質を励起する電流、半導体レーザーであれば半導体への供給電流)、筐体温度、及び共振器調整用のピエゾ素子への印加電圧である。なお、基準光L0が基準波長λ0にロックされない(S24,NO)場合にも、同様に基準レーザー光源11のパラメータを変更して(S25)、発振波長を調整する。
If the laser light L1 has a large wavelength shift at the initial stage, the frequency difference between the modulated light L0 mod and the main sideband wave exceeds the detection frequency f FD of the
図4A及び図4Bにおいては、主側帯波の周波数が(ν1-fo1)であるから、レーザー光L1の初期周波数ν1initは、ν1-fo1<ν1init<ν1-fo1+fmod/2、かつ、ν1init≦ν1-fo1+fFDであればよい。主側帯波に対して-側にオフセットロックすべき場合には、主側帯波の周波数が(ν1+fo1)であるから、ν1+fo1-fmod/2<ν1init<ν1+fo1、かつ、ν1init≧ν1+fo1-fFDであればよい。したがって、誤動作を防止するためには、側帯波発生部4の変調周波数fmodが大きいことが好ましく、レーザー光源12の発振波長精度にもよるが、10GHz以上であることが好ましい。また、光検出器51に入力する変調光L0modにおける主側帯波やレーザー光L1の強度が過小であると、電気信号SDF1の差周波fbeatの強度が過小で検出できない(S33,NO)。この場合には、光分波器15の分岐比や側帯波発生部4の変調信号の振幅等を調整して、光検出器51における光強度を高くする。
In FIGS. 4A and 4B, since the frequency of the main sideband is (ν1−f o 1), the initial frequency ν1 init of the laser light L1 is ν1−
〔DIAL装置のレーザー光の波長制御方法〕
図5及び図6を参照して、DIAL装置10に設けられる波長制御装置20による、レーザー光L1,L2の波長制御方法を説明する。本実施形態において、DIAL装置10は大気中の水蒸気(H2O)を観測する。まず、シード光とするレーザー光L1,L2の各目標波長λ1,λ2を設定する。ここでは、レーザー光L1,L2は、2.05μm帯の赤外線を適用する。
[Wavelength Control Method of Laser Light of DIAL Device]
A method of controlling the wavelengths of the laser beams L1 and L2 by the
(レーザー光の目標波長の設定)
図5に示すように、2.05μm帯においては、CO2の吸収線R30が存在するので、CO2を封入したガスセル34を波長安定化装置3に適用して、吸収線R30の中心波長である2050.967nmを基準光L0の波長λ0とする。レーザー光L1は、H2Oによる吸収量が比較的多いが吸収線の中心波長ではなく、かつ、大気中にH2Oと共に存在するCO2による吸収量が十分に少ない波長に制御される。そこで、2050.53nmの吸収線の中心波長に対して長波長側にずらした2050.550nmを目標波長λ1とする。一方、レーザー光L2は、H2Oによる吸収量ができるだけ少なく、かつ、CO2による吸収量が波長λ1と同等の波長に制御される。このような波長として、2051.103nmを目標波長λ2とする。
(Setting the target wavelength of laser light)
As shown in FIG. 5, since there is an absorption line R30 of CO 2 in the 2.05 μm band, the
(変調周波数及びオフセット周波数の設定)
基準波長λ0及び目標波長λ1,λ2をそれぞれ周波数ν0,ν1,ν2に換算し、レーザー光L1,L2について、基準光L0との周波数差ν1-ν0,ν2-ν0を算出し、表1に示す。周波数差ν1-ν0,ν2-ν0に基づき、レーザー光L1,L2をそれぞれより低次の側帯波でオフセットロックするように、図6に示すように、レーザー光L1の主側帯波を+2次の側帯波、レーザー光L2の主側帯波を-1次の側帯波と仮定する。そして、このときの変調周波数fmod及びオフセット周波数fo1,fo2を設定する。
(Setting of modulation frequency and offset frequency)
The reference wavelength λ0 and the target wavelengths λ1 and λ2 are converted into frequencies ν0, ν1 and ν2, respectively, and the frequency differences ν1−ν0 and ν2−ν0 from the reference light L0 are calculated for the laser beams L1 and L2. . Based on the frequency differences ν1−ν0 and ν2−ν0, the main sideband of the laser beam L1 is shifted to +2nd order as shown in FIG. It is assumed that the sideband wave, the main sideband wave of the laser beam L2, is the -1st order sideband wave. Then, the modulation frequency f mod and the offset
例えば、fmod=13.1392GHzに設定したとき、fo1=|ν1-(ν0+2fmod)|=3.447GHz、fo2=|ν2-(ν0-fmod)|=3.447GHzとなる。したがって、光検出器51,52に、例えば検出周波数fFDが5GHz程度の一般的なものを適用することができる。すなわち、仮定通り、レーザー光L1の主側帯波を+2次の側帯波に、レーザー光L2の主側帯波を-1次の側帯波に、それぞれ設定することができる。さらに、fo1=fo2となるので、レーザー光源12,13にそれぞれ設けられた波長補正部6,6を同一構造とすることができる。なお、オフセット周波数fo1,fo2は異なる値に設定してもよい。この場合には、レーザー光源12に設けられた波長補正部6が、オフセット周波数fo1に対応した基準信号を発振する局部発振器61を備え、レーザー光源13に設けられた波長補正部6が、オフセット周波数fo2に対応した基準信号を発振する局部発振器61を備える。
For example, when f mod = 13.1392 GHz, f o1=|ν1−(ν0+2f mod )|=3.447 GHz and f o2=|ν2−( ν0 −f mod )|=3.447 GHz. . Therefore, for the
このように、波長制御装置20は、共通の変調光L0modから、2つのレーザー光L1,L2を、それぞれ異なる所望の波長λ1,λ2に安定して制御することができる。なお、波長λ1,λ2の差が小さい、具体的には周波数差が検出周波数fFDの2倍よりも小さい(|ν1-ν2|<2fFD)場合には、変調光L0modにおける共通の側帯波でオフセットロックすることができる。また、波長λ1,λ2の一方が基準波長λ0に近い(周波数差が検出周波数fFDよりも小さい)場合には、その一方のレーザー光を、従来のオフセットロック法(非特許文献2参照)と同様に、直接に基準光L0でオフセットロックすればよく、あるいは、変調光L0modにおけるキャリアでオフセットロックすることもできる。また、DIAL装置10は、側帯波発生部4もレーザー光源12,13のそれぞれに備えて、共通の基準光L0に個別の周波数間隔で側帯波を立ててもよい。言い換えると、DIAL装置10は、レーザー光源12,13のそれぞれに波長制御装置20を1台ずつ備える構成としてもよい。
In this manner, the
〔DIAL装置による観測方法〕
レーザー光L1,L2が共にそれぞれの目標波長λ1,λ2にロックされたら(図3、S35,YES)、DIAL装置10は、レーザー光L1,L2による観測を開始することができる。図1に示すように、DIAL装置10において、パルスレーザー増幅器7が起動して、光切替器17から交互に出力されるレーザー光L1,L2をパルス光Lplsとし、パルス光Lplsが望遠鏡8から大気中に照射される。パルス光Lplsによる、大気分子や大気中のエアロゾル等の微粒子からの散乱光が、パルス光Lpls´として望遠鏡8に受光される。信号処理・観測制御装置9が、パルス光Lpls´を波長λ1,λ2毎にレーザー光L1,L2とヘテロダイン検波して、各波長の光からの電気信号を比較することにより、大気中の水蒸気の濃度を測定する。また、DIAL装置10は、レーザー光L2のみを使用して、受光したパルス光Lpls´を変換した電気信号の強度から大気中のエアロゾルの分布を測定することができ、また、ドップラーライダーとして、パルス光Lplsの射線方向における風速を測定することができる。
[Observation method by DIAL device]
Once both the laser beams L1 and L2 are locked to their respective target wavelengths λ1 and λ2 (FIG. 3, S35, YES), the
以上、本発明に係る波長制御装置及び波長制御方法、ならびに差分吸収ライダー装置を実施するための各実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。 The embodiments for implementing the wavelength control device, the wavelength control method, and the differential absorption LIDAR device according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. Various changes are possible within the range shown in .
10 DIAL装置(差分吸収ライダー装置)
11 基準レーザー光源
12 レーザー光源(第1のレーザー光源)
13 レーザー光源(第2のレーザー光源)
14 光アイソレータ
15,16 光分波器
17 光切替器
18 光分波器
19 ミラー
20 波長制御装置
21,22 光分波器
23,24 光合波器
29 ミラー
3 波長安定化装置
31 局部発振器
32 移相器
33 光変調器
34 ガスセル
35 光検出器
36 周波数混合器
37 低周波域濾波器
38 比例積微分(PID)制御器
4 側帯波発生部(側帯波発生手段)
41 局部発振器
42 増幅器
43 光変調器
51,52 光検出器
6 波長補正部(波長補正手段)
61 局部発振器
62 分周器
63 位相比較器
64 ループ・フィルタ
65 比例積微分(PID)制御器
7 パルスレーザー増幅器
8 望遠鏡(送受信光学系)
9 信号処理・観測制御装置
S21 側帯波発生ステップ
S22 光検出ステップ
S23 波長補正ステップ
S25 レーザー光源パラメータ変更ステップ
S31 側帯波発生ステップ
S32 光検出ステップ
S34 波長補正ステップ
S36 レーザー光源パラメータ変更ステップ
10 DIAL device (differential absorption lidar device)
11 reference
13 laser light source (second laser light source)
14
41
61
9 Signal processing/observation control device S21 sideband wave generation step S22 photodetection step S23 wavelength correction step S25 laser light source parameter change step S31 sideband wave generation step S32 photodetection step S34 wavelength correction step S36 laser light source parameter change step
Claims (5)
基準レーザー光源が照射した基準レーザー光を変調して、前記基準レーザー光に1以上の側帯波を発生させた変調光を出力する側帯波発生手段と、
前記変調光と前記レーザー光とが合波した光が入力されて、前記変調光と前記レーザー光との周波数差と同じ周波数を含む電気信号を出力する光検出器と、を備え、
前記波長補正手段は、前記電気信号に基づき、前記変調光における前記レーザー光に波長が最も近い1つの側帯波と前記レーザー光との周波数差が所定の値となるように、前記レーザー光の波長をシフトさせる前記誤差信号を生成する波長制御装置。 wavelength correction means for outputting an error signal to a laser light source and irradiating laser light having a wavelength based on the error signal;
sideband wave generating means for modulating a reference laser beam irradiated by a reference laser light source and outputting modulated light in which one or more sideband waves are generated in the reference laser beam;
a photodetector receiving the light obtained by combining the modulated light and the laser light and outputting an electric signal having the same frequency as the frequency difference between the modulated light and the laser light;
Based on the electrical signal, the wavelength correction means adjusts the wavelength of the laser light so that the frequency difference between the laser light and one sideband wave in the modulated light whose wavelength is closest to the laser light is a predetermined value. A wavelength controller that generates the error signal that shifts the
前記波長安定化装置は、ガスセルまたはエタロン素子を備え、前記基準レーザー光を、前記ガスセルに封入された気体分子の吸収線の中心波長または前記エタロン素子の共振波長に制御する請求項1または請求項2に記載の波長制御装置。 further comprising a wavelength stabilizing device for controlling the wavelength of the reference laser light with respect to the reference laser light source;
2. The wavelength stabilizing device comprises a gas cell or an etalon element, and controls the reference laser light to a central wavelength of an absorption line of gas molecules enclosed in the gas cell or a resonance wavelength of the etalon element. 3. The wavelength control device according to 2.
前記波長制御装置は、前記光検出器及び前記波長補正手段が前記第1のレーザー光源及び前記第2のレーザー光源のそれぞれに設けられて、前記レーザー光の波長を制御する差分吸収ライダー装置。 A first laser light source and a second laser light source for irradiating laser light having different wavelengths as seed light, the wavelength control device according to any one of claims 1 to 3, and the reference laser light for irradiation. with a reference laser source that
The wavelength control device is a differential absorption lidar device in which the photodetector and the wavelength correction means are provided in the first laser light source and the second laser light source, respectively, to control the wavelength of the laser light.
基準レーザー光源が照射した前記基準レーザー光を変調して、前記基準レーザー光に1以上の側帯波を発生させた変調光を出力する側帯波発生ステップと、
前記変調光と前記レーザー光とから、前記変調光と前記レーザー光との周波数差と同じ周波数を含む電気信号を出力する光検出ステップと、
前記電気信号から誤差信号を生成して前記レーザー光源に入力し、前記レーザー光を、前記変調光における前記レーザー光に波長が最も近い1つの側帯波との周波数差が所定の値となるように、前記レーザー光源に前記誤差信号に基づく波長に調整させる波長補正ステップと、を行うことを特徴とする波長制御方法。 A wavelength control method for controlling a laser beam emitted by a laser light source to have a wavelength with a predetermined difference from the wavelength of a reference laser beam,
a sideband wave generating step of modulating the reference laser light irradiated by a reference laser light source to output modulated light in which one or more sideband waves are generated in the reference laser light;
a photodetection step of outputting an electrical signal containing the same frequency as the frequency difference between the modulated light and the laser light from the modulated light and the laser light;
An error signal is generated from the electrical signal and input to the laser light source, and the laser light is adjusted so that the frequency difference between the modulated light and one sideband wave closest in wavelength to the laser light is a predetermined value. and a wavelength correction step of adjusting the laser light source to a wavelength based on the error signal.
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