JP3219135B2 - レーザ発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ発振器に係
り、特にレーザ発振周波数を制御可能にしたレーザ発振
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、第１従来例のレーザダイオード
励起固体レーザ発振器（以下、レーザ発振器と記す）１
００の側面図である。レーザ発振器１００を構成する共
振器は、筒状の筐体１０１の左右両端面に取り付けられ
た調整ネジ１０２ａ，１０２ｂを回転させることによ
り、全反射ミラー１０７を支持した全反射ミラーホルダ
１０３および出力ミラー１０８を支持した出力ミラーホ
ルダ１０４の傾きが調整されるようになっている。

【０００３】そして、レーザダイオードの光（ＬＤ励起
光）を集光レンズ（図示せず）により固体レーザ結晶１
０６に集光し、該固体レーザ結晶１０６を励起する。こ
の励起により、全反射ミラー１０７と出力ミラー１０８
との間でレーザ光が増幅され、レーザが発振する。この
ような一般的な構成のレーザ発振器１００において、該
レーザ発振器１００のレーザ発振周波数は、次式によっ
て求めることができる。

【０００４】 ν＝ｍ・ｃ／２Ｌ ……（Ａ） ここに、ν：レーザ発振周波数 ｃ：光速 Ｌ：レーザ発振器の屈折率を考慮した光路長 ｍ：整数

【０００５】前記の式（Ａ）から明らかなように、共振
器長（光路長）Ｌを変化させることによりレーザ発振周
波数を制御することが可能である。そして、実際のレー
ザ発振器１００では、全反射ミラーホルダ１０３，出力
ミラーホルダ１０４と筐体１０１との間隔を、調整ネジ
１０２ａ，１０２ｂを回転させて調整することにより光
路長Ｌを変化させ、レーザ発振周波数を制御している。

【０００６】図６は第２従来例のレーザ発振器１１０の
側面図である。該第２従来例と第１従来例との相違点
は、共振器の内部にエタロン（結晶ガラス）１１１を挿
入し、エタロン１１１の透過率特性により、レーザ発振
周波数を選択するようにした点であり、その他の部分は
同一である。このエタロン１１１は、両端面の厚みによ
り必要なレーザ発振周波数を選択することが可能であ
る。

【０００７】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、前述の
第１，第２従来例にはそれぞれ次のような欠点がある。
即ち、第１従来例では、マイクロメータ（ＸＹＺ軸およ
び傾きの調整）やジンバル（傾きのみの調整）を用いて
いるが、これらの場合は調整ネジ１０２ａ，１０２ｂの
ピッチと回転角により精度に限界があるため、精密な調
整ができないという欠点がある。また、レーザ光として
固体レーザ結晶から取り出されなかった励起光が熱とな
り、筐体１０１からネジ１０２ａ，１０２ｂに伝わって
該ネジ１０２ａ，１０２ｂが熱膨張するために、光路長
が変動してレーザ発振光が不安定になるという欠点もあ
る。

【０００８】また、第２従来例の場合は、筐体１０１に
エタロン１１１が取り付けられているため、筐体１０１
の温度が変化するとエタロン１１１の温度も変化し、エ
タロン１１１の温度が変化するとエタロン１１１の厚み
が変わり透過率の周波数特性が変化するので、レーザの
発振状態が変化するという欠点がある。

【０００９】そこで本発明の目的は、精密なレーザ発振
周波数の調整が可能であり、安定したレーザ発振周波数
を確保できるレーザ発振器を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、レーザ発生媒質を励起させ、
この励起光を共振器で共振させてレーザ光を発生させる
レーザ発振器において、前記共振器は、機械的歪を与え
て光路長を変化させる歪印加手段を備えたことを特徴と
する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態例
に基づいて説明する。なお、既に説明した部分と同等部
分には同一符号を付し、重複記載を省略する。

【００１２】（１）第１実施形態例 図１は本実施形態例のレーザ発振器１０の側面図であ
る。レーザ発振器１０は、レーザ発振器本体１０Ａと該
本体１０Ａを固定する固定台１とにより構成されてい
る。レーザ発振器本体１０Ａは、筐体１０１と各種ホル
ダ１０３，１０４等により構成されている。即ち、共振
器を構成する筒状の筐体１０１の左右両端面には、全反
射ミラー１０７が固定された全反射ミラーホルダ１０３
と出力ミラー１０８が固定された出力ミラーホルダ１０
４とが、ネジ４により密着固定されている。また、全反
射ミラーホルダ１０３の上端部にはネジ穴（図示せず）
が形成され、該ネジ穴に第１の雄ネジ３ａが上方に向け
て回転可能に突設されている。同様に筐体１０１の上端
中央部および出力ミラーホルダ１０４の上端部には第
２，第３の雄ネジ３ｂ，３ｃがそれぞれ回転可能に突設
されている。

【００１３】一方、レーザ発振器本体１０Ａの上方には
該本体１０Ａを固定するための固定台１が、該本体１０
Ａの光軸方向に平行に配置されている。該固定台１には
左方から順に第１，第２，第３のネジ穴２ａ，２ｂ，２
ｃが螺設され、第１のネジ穴２ａは前記第１の雄ネジ３
ａに対応した位置に螺設され、同様に第２，第３のネジ
穴２ｂ，２ｃはそれぞれ前記第２，第３の雄ネジ３ｂ，
３ｃに対応した位置に螺設されている。このように構成
された前記第１〜第３の雄ネジ３ａ〜３ｂが、固定台１
の第１〜第３のネジ穴２ａ〜２ｃに対してそれぞれ螺入
された状態で、レーザ発振器１０が構成されている。

【００１４】次に本実施形態例の動作を説明する。 （Ａ）レーザ発振周波数（縦モード周波数）の制御方法 レーザダイオードの励起光（ＬＤ励起光）は、図示しな
い集光レンズにより固体レーザ結晶１０６に集光され、
全反射ミラーホルダ１０３および出力ミラーホルダ１０
４を調整することにより、全反射ミラー１０７と出力ミ
ラー１０８との間でレーザ光が増幅され、レーザが発振
する。

【００１５】そして、レーザ発振周波数を制御するに
は、例えば第１のネジ穴２ａからドライバ（図示せず）
を差し込み、第１の雄ネジ３ａを回転させてａ点（雄ネ
ジ３ａが全反射ミラーホルダ１０３に螺入された部分）
に力を加える。すると、共振器に僅かな歪が形成され、
その結果光路長Ｌ1 を変えることにより、レーザ発振周
波数を制御することができる。即ち、前記歪を加えるこ
とにより、全反射ミラー１０７と出力ミラー１０８との
間で往復していた光軸が、ミラーの曲率により光路が変
化し、斜め方向に移動することを利用してレーザ発振周
波数を制御することができる。同様に、第２，第３の雄
ネジ３ｂ，３ｃを回転させても、レーザ発振周波数を制
御することができる。また、筐体１０１に全反射ミラー
ホルダ１０３および出力ミラーホルダ１０４を密着させ
ているので、熱膨張等による光路長の変化を防止するこ
とができる。

【００１６】（Ｂ）レーザ発振周波数の測定方法 図２はレーザ発振周波数を測定する測定系のブロック図
である。１０は本実施形態例のレーザ発振器であり、１
１は該レーザ発振器１０より光路長が長く、基準となる
レーザ発振器である。そして、各レーザ発振器１０，１
１からのレーザ発振光はそれぞれ第１，第２のファイバ
１２ａ，１２ｂを介して合成器１３に入力され、該合成
器１３で合成される。合成されたレーザ光はファイバ１
４中を伝搬され、アッテネータ１５で減衰されてＯ／Ｅ
（光／電気）変換器１６により電気信号に変換される。
この電気信号は信号増幅器１７により増幅され、光信号
を電気信号に変換して測定するＲＦスペクトラムアナラ
イザ１８により測定される。

【００１７】この測定の際に、２台のレーザ発振器１
０，１１の光路長が前述の如く異なっているため、ＲＦ
スペクトラムアナライザ１８によりレーザ発振器ノイズ
が検出される。例えば、固体レーザ結晶１０６としてＮ
ｄ：ＹＡＧを使用し、レーザ発振器１０の光路長を１５
ｍｍ、基準のレーザ発振器１１の光路長を１６ｍｍとし
てレーザ発振光を前述の方法で測定すると、３９４ＱＭ
Ｈｚ間隔でレーザ発振周波数ノイズが発生する。これ
は、縦モード間隔の差によって求めることができる。

【００１８】次の各式（１），（２），（３）はそれぞ
れレーザ発振周波数，レーザ発振周波数ノイズの間隔を
求める式である。 ν1 ＝ｍ1 ・ｃ／２Ｌ1 …（１） ν2 ＝ｍ2 ・ｃ／２Ｌ2 …（２） Δν＝ν1 −ν2 …（３） ここに、 Δν：レーザ発振周波数ノイズの間隔 ν1 ：本実施形態例のレーザ発振器１０のレーザ発振周
波数 ν2 ：基準のレーザ発振器１１のレーザ発振周波数 ｃ： 光速 Ｌ1 ：本実施形態例のレーザ発振器の屈折率を考慮した
光路長 Ｌ2 ：基準のレーザ発振器の屈折率を考慮した光路長 ｍ1 ：整数 ｍ2 ：整数

【００１９】この測定方法により、光路長が長いレーザ
発振器１１を基準にし、ＲＦスペクトラムアナライザ１
８によりレーザ発振周波数ノイズをモニタしながら、固
定台１に螺設されたネジ穴を介して例えば第１の雄ネジ
３ａによりａ点に力を加える（図１参照）。これによ
り、共振器に僅かな歪を形成し、光路長Ｌ1 を変えるこ
とによりレーザ発振周波数を制御する。同様にして図１
におけるｂ点（雄ネジ３ｂが筐体１０１の上端中央部に
螺入された部分）、ｃ点（雄ネジ３ｃが出力ミラーホル
ダ１０４に螺入された部分）において、雄ネジ３ｂ，３
ｃにより力を加えてもレーザ発振周波数を制御すること
が可能である。

【００２０】図３は、本実施形態例のレーザ発振器１０
をファイバ１４，アッテネータ１５を介して光をそのま
ま測定する光スペクトラムアナライザ等からなる分光器
２１に接続して構成した測定系のブロック図である。こ
のようにしてもレーザ発振周波数を測定することができ
る。この場合は、周波数が数ＧＨｚ以上の広い範囲での
制御に適している。

【００２１】（２）第２実施形態例 図４は本実施形態例の側面図であって、固体レーザ結晶
１０６の左端面１０６ａに全反射コーティングが施され
ている場合である。この場合は、筐体１０１Ａの長さが
前記第１実施形態例より短く、また光路長Ｌ3 も短い。
この場合も、第１実施形態例と同様に雄ネジ３ｂ，３ｃ
を回転することにより、筐体１０１Ａ，出力ミラーホル
ダ１０４に力を加えることにより光路長を変化させてレ
ーザ発振周波数を制御することができる。なお、この場
合の測定系も前記図２または図３に示したものを使用す
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
共振器を構成する筐体等に僅かな歪を印加できるので、
精密なレーザ発振周波数の調整が可能であり、また、筐
体の光軸方向端面に全反射ミラーホルダおよび出力ミラ
ーホルダを密着固定しているので安定したレーザ発振周
波数を確保できるレーザ発振器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例のレーザ発振器の側面
図である。

【図２】本発明の第１，第２実施形態例のレーザ発振周
波数を測定する測定系のブロック図である。

【図３】別の測定系のブロック図である。

【図４】本発明の第２実施形態例のレーザ発振器の側面
図である。

【図５】第１従来例の側面図である。

【図６】第２従来例の側面図である。

【符号の説明】 １ 固定台 ２ａ，２ｂ，２ｃ 固定台に螺設されたネジ穴 ３ａ，３ｂ，３ｃ 歪調整用のネジ ４ 各種ホルダを筐体に固定するネジ １０ レーザ発振器 １０Ａ レーザ発振器本体 １１ 基準のレーザ発振器 １０１ 筐体 １０３ 全反射ミラーホルダ １０４ 出力ミラーホルダ １０６ 固体レーザ結晶 １０７ 全反射ミラー １０８ 出力ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/08 H01S 3/105 H01S 3/034 H01S 3/086

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発生媒質を励起して発生した励起
   光を共振器で共振させてレーザ光を発生させると共に、
   前記共振器に機械的歪を与えて光路長を変化させる歪印
   加手段を備えたレーザ発振器において、 前記共振器は、全反射ミラーを支持する全反射ミラーホ
   ルダと出力ミラーを支持する出力ミラーホルダとレーザ
   発生媒質を支持する筐体とを備えてなり、 前記全反射ミラーホルダおよび出力ミラーホルダは、前
   記筐体に固定され、 前記歪印加手段は、前記共振器の光軸方向に平行配置さ
   れたレーザ発振器を固定するレーザ発振器固定台と、前
   記全反射ミラーホルダ、出力ミラーホルダ、筐体の内の
   いずれか２つの部材を、前記レーザ発振器固定台に対し
   て間隔をもって固定する固定ネジと、残りの１つの部材
   と前記レーザ発振器固定台との間隔を調整可能な調整ネ
   ジとを備えてなることを特徴とするレーザ発振器。
2. 【請求項２】 前記全反射ミラーホルダおよび出力ミラ
   ーホルダは、前記筐体の光軸方向端面に密着配置したこ
   とを特徴とする請求項１記載のレーザ発振器。
3. 【請求項３】 前記レーザ発生媒質は、固体レーザ結晶
   からなることを特徴とする請求項１または２に記載のレ
   ーザ発振器。
4. 【請求項４】 前記固体レーザ結晶の光軸方向の一方の
   端面は、全反射コーティングされたことを特徴とする請
   求項３記載のレーザ発振器。