JP3390658B2 - パルスレーザ光発生装置およびコヒーレントライダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は単一周波数のパル
スレーザ光を発生するパルスレーザ光発生装置およびそ
のパルスレーザ光を利用するコヒーレントライダ装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、例えば米国特許５，２３７，
３３１号に記載された従来のインジェクションシーディ
ング型のパルスレーザ光発生装置を用いたレーザドップ
ラ型のコヒーレントライダ装置を示す構成図であり、図
１３は図１２のパルスレーザ発振器４の詳細な構成図で
ある。図１２において、１は単一周波数ｆ₀ で発振する
レーザ光源であり、２はレーザ光源１からのレーザ光を
分岐させ、周波数シフタ３と第３の光分岐器１２に向け
て出射する第１の光分岐器であり、３は計測対象が正負
両方の速度を取り得る場合に設けられ、第１の光分岐器
２からのレーザ光の周波数を所定の周波数ｆ_IFだけ増加
させる周波数シフタであり、４は周波数シフタ３からの
レーザ光をシード光としてパルスレーザ光を発振するイ
ンジェクションシーディング型のパルスレーザ発振器で
ある。

【０００３】パルスレーザ発振器４（図１３）におい
て、３１および３２は共振器を構成する第１および第２
の鏡であり、３３はシード光を共振器に導入するととも
に、パルスレーザ光を共振器から出射させる、光軸上に
設けられた偏光子であり、３４はレーザ媒質であり、３
５は光軸上に設けられた１／４波長板であり、３７は光
軸上に設けられたポッケルスセルであり、１７は第１の
鏡３１を移動させて第１および第２の鏡３１，３２の間
の距離を調整するピエゾ素子である。なお、ポッケルス
セル３７と偏光子３３によりＱスイッチ動作が実行され
る。また、偏光子３３と１／４波長板３５によって出力
結合器が構成されている。

【０００４】１１は、パルスレーザ発振器４からのパル
スレーザ光を分岐させ、ビームスプリッタ５と第２の光
混合器１３に向けて出射する第２の光分岐器であり、５
はビームスプリッタであり、６は入射光を１／４波長分
だけ偏光させて出射する１／４波長板であり、７は送受
光学系であり、８は走査光学系である。

【０００５】１２は、第１の光分岐器２からのレーザ光
を分岐させ、第１の光混合器９と第２の光混合器１３に
向けて出射する第３の光分岐器であり、９は、ビームス
プリッタ５からの光と第３の光分岐器１２からの光とを
混合し、混合した光を第１の光検出器１０に入射させる
第１の光混合器であり、１３は、第２の光分岐器１１か
らの光と第３の光分岐器１２からの光を混合し、混合し
た光を第２の光検出器１４に入射させる第２の光混合器
である。

【０００６】１０は、第１の光混合器９から入射した光
を電気信号に変換し、その電気信号をＡＤ変換器１５に
出力する第１の光検出器であり、１４は、第２の光混合
器１３から入射した光を電気信号に変換し、その電気信
号をＡＤ変換器１５に出力する第２の光検出器であり、
１５は、第１の光検出器１０からの電気信号および第２
の光検出器１４からの電気信号をＡＤ変換し、それらの
信号をデジタルデータとして信号処理装置１６に出力す
るＡＤ変換器である。

【０００７】１６は、ＡＤ変換器１５からのデジタルデ
ータに基づいて速度などを計算する信号処理装置であ
り、１８はピエゾ素子１７を制御する制御回路である。

【０００８】次に動作について説明する。レーザ光源１
は、単一周波数ｆ₀ でレーザ光を発振し、そのレーザ光
を第１の光分岐器２に向けて出射する。出射されたレー
ザ光は第１の光分岐器２により２分岐され、一方はロー
カル光として第３の光分岐器１２に向けて出射され、他
方は周波数シフタ３に向けて出射される。周波数シフタ
３は、そのレーザの周波数を所定の周波数ｆ_IFだけ増加
させ、そのレーザ光をシード光としてパルスレーザ発振
器４に供給する。

【０００９】パルスレーザ発振器４は複数の軸モードの
うち、シード光の周波数に一番近い周波数の軸モードで
単一周波数のパルス発振を行い、発振したパルスレーザ
光を第２の光分岐器１１に向けて出射する。パルスレー
ザ発振器４からのパルスレーザ光は直線偏光しており、
ビームスプリッタ５により反射され、さらに、１／４波
長板６により偏光された後、送受光学系７および走査光
学系８を経て送信光として計測対象に向けて送出され
る。

【００１０】そして、計測対象からの散乱光または反射
光は送信光とは逆の経路を経て受信される。受信光は、
走査光学系８および送受光学系７を介して１／４波長板
６に入射し、１／４波長板６により、パルスレーザ光の
偏光面とは９０度ずれた直線偏光に変換され、ビームス
プリッタ５を透過し第１の光混合器９に入射する。第１
の光混合器９は、その受信光とローカル光を混合し、そ
の混合光を第１の光検出器１０に入射させる。第１の光
検出器１０は、入射した混合光を電気信号に変換し、そ
の電気信号をＡＤ変換器１５に出力する。このようにし
て受信光がローカル光でコヒーレント検波される。

【００１１】そして、第１の光検出器１０からの電気信
号は受信信号としてＡＤ変換器１５に供給され、ＡＤ変
換器１５によりサンプリングされ、信号処理装置１６
は、そのサンプリングされたデジタルデータから計測対
象の速度などを計算する。

【００１２】また、上述のようにパルスレーザ発振器４
はシード光の周波数に一番近い周波数の軸モードで単一
周波数のパルス発振を行うので、計測対象の速度を正確
に計測するためにはパルスレーザ光とローカル光の周波
数差を監視する必要がある。このため、第２および第３
の光分岐器１１，１２によりパルスレーザ光とローカル
光の一部をそれぞれ取り出し、第２の光混合器１３で両
者を混合してコヒーレント検波を行うことにより、第２
の光検出器１４でパルスレーザ光とローカル光の周波数
差に対応する混合光が検出される。

【００１３】そして、受信光の場合と同様に、その混合
光に対応する電気信号は周波数モニタ信号としてＡＤ変
換器１５に供給され、ＡＤ変換器１５によりサンプリン
グされ、信号処理装置１６は、そのサンプリングされた
デジタルデータからパルスレーザ光とローカル光との周
波数差などを計算する。

【００１４】図１４は、ローカル光、シード光、送信光
および受信光の光の周波数の関係とそれにより得られる
パルスレーザ光のモニタ信号と受信信号の周波数の関係
の一例を示す図である。

【００１５】ローカル光の周波数をｆ₀ とするとシード
光の周波数ｆ_s 、パルスレーザ光すなわち送信光の周波
数ｆ_T 、受信光の周波数ｆ_R 、周波数モニタ信号の周波
数ｆ _M 、受信信号の周波数ｆ_sig は式（２）で表され
る。

【数２】 ただし、ｆ_IFは、シード光の周波数とローカル光の周波
数との差（ｆ_s −ｆ₀）であり、Δｆは、パルスレーザ
光の周波数とシード光の周波数との差（ｆ_T −ｆ_s ）で
あり、ｆ_d は計測対象の速度に起因するドップラ周波数
であり、受信信号の周波数と周波数モニタ信号の周波数
との差（ｆ_R −ｆ_T ）で表される。

【００１６】次に、パルスレーザ発振器４の動作につい
て説明する。図１５および図１６は、シード光が導入さ
れたときのレーザ媒質の利得帯域、パルスレーザ発振器
４の軸モードの周波数、シード光の周波数、パルスレー
ザ光の周波数の関係を示した図である。

【００１７】パルスレーザ発振器４はレーザ媒質３４の
利得帯域中に存在する軸モードで発振する。共振器の軸
モードの周波数間隔δｆは式（３）で表される。

【数３】 ただし、ｃは光速であり、Ｌはパルスレーザ発振器４の
共振器長（第１および第２の鏡３１，３２の間の距離）
である。

【００１８】パルスレーザ発振器４では、シード光が偏
光子３３により反射され、共振器内の光軸に沿って進行
する。共振器内に導入されたシード光の少なくとも一部
はポッケルスセル３７と偏光子３３を通過する。これに
より、共振器内にシード光が存在する状態となる。そし
て、レーザ媒質３４が十分に励起された状態で、ポッケ
ルスセル３７でＱスイッチ動作を行うことにより、上述
のように、シード光の周波数に最も近い周波数の軸モー
ドによる単一周波数のパルスレーザ光が得られる。

【００１９】なお、通常のレーザ発振器においては、レ
ーザ媒質の利得帯域中に複数の軸モードが存在するた
め、パルスレーザ発振器４は、それらの複数の軸モード
のうちのいくつかの軸モードで発振し、マルチモード発
振の状態になる。それに対して、インジェクションシー
ディング型のパルスレーザ発振器４では、パルス発振前
にシード光を共振器内に存在させるように構成されてい
るので、図１５に示すように、パルス発振させるときに
シード光の周波数に最も近い周波数の軸モードでレーザ
光が優先的に励振されることになる。したがって、その
軸モードのレーザ光が他の軸モードよりも早く発振しレ
ーザ媒質の励起により蓄えられたエネルギーを消費する
ため、他の軸モードのレーザ光は発振されずに単一モー
ド（単一周波数）の発振が得られる。

【００２０】このとき、発振するパルスレーザ光（即ち
選択される軸モード）とシード光の周波数差が小さいほ
ど、シード光により優先的に所定の軸モードでレーザ光
を選択的に発振させ易く、この周波数差が大きくなるほ
どレーザ光を選択的に発振させるために大きなパワーの
シード光が必要になる。

【００２１】したがって、軸モードとシード光との周波
数差が大きくなると共振器内にシード光が存在しても軸
モードが優先的に選択されず、図１６に示すようにマル
チモード発振が発生する。

【００２２】また、軸モードの周波数は、温度変動に起
因して発生する共振器長の微小な変化でも大きく移動す
るので、所定の軸モードで安定してレーザ光を発振させ
るためには、その軸モードの周波数とシード光の周波数
との差を常に小さくしておく必要がある。

【００２３】そこで、図１３に示すパルスレーザ発振器
４では、所定の軸モードで安定してレーザ光を発振させ
るために、信号処理装置１６がパルスレーザ光とローカ
ル光との周波数差に対応した信号を制御回路１８に供給
し、制御回路１８が、その信号に基づいてピエゾ素子１
７を制御し、第１の鏡３１の位置を移動させてパルスレ
ーザ発振器４の共振器長を調整することにより、その周
波数差が設定値以下もしくは０になるようにして軸モー
ドの周波数の変動を抑制している。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】従来のインジェクショ
ンシーディング型のパルスレーザ光発生装置およびその
パルスレーザ光発生装置を使用したコヒーレントライダ
装置は、以上のように構成されているので、安定して単
一モード（単一周波数）でパルスレーザ光を発振させる
ためには、シード光とパルスレーザ光との周波数差をフ
ィードバックして共振器長を制御する必要があり、その
ための電子回路が必要になり装置が複雑になるととも
に、コストを低減することが困難であるなどの課題があ
った。

【００２５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、共振器の軸モードの周波数間隔の
半整数倍の周波数差を有する２つのモードのレーザ光を
シード光に使用した簡単な回路構成で安定して単一モー
ドのパルスレーザ光を発生するパルスレーザ光発生装置
およびコヒーレントライダ装置を得ることを目的とす
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るパルスレ
ーザ光発生装置は、対向する２つの鏡を有する共振器
と、共振器の光軸上に配置され、共振器の複数の軸モー
ドの周波数を含む周波数帯域に利得を有するレーザ媒質
と、共振器の光軸上に配置され、スイッチング動作する
光スイッチング手段と、共振器の光軸上にシード光を導
入するシード光導入手段と、共振器からパルスレーザ光
を出射するパルスレーザ光出射手段と、共振器の軸モー
ドの周波数間隔の半整数倍の周波数差を有する２つのモ
ードのレーザ光をシード光として発生するシード光発生
手段とを備えたものである。

【００２７】この発明に係るパルスレーザ光発生装置
は、シード光発生手段に、単一な第１の周波数の第１の
レーザ光を発生する第１のレーザ光発生部と、単一な第
２の周波数の第２のレーザ光を発生する第２のレーザ光
発生部と、第１および第２のレーザ光を混合し、シード
光として出射する光混合部と、シード光の一部を受光
し、そのシード光の一部に対応する電気信号を出力する
受光部と、受光部により出力された電気信号に基づい
て、第１の周波数と第２の周波数との差が共振器の軸モ
ードの周波数間隔の半整数倍になるように第１および第
２のレーザ光発生部を制御する制御部とを備えるもので
ある。

【００２８】この発明に係るパルスレーザ光発生装置
は、シード光発生手段に、単一周波数のレーザ光を発生
するレーザ光発生部と、レーザ光発生部により発生され
た単一周波数のレーザ光を２つに分岐する光分岐部と、
光分岐部により分岐された一方のレーザ光の周波数を、
共振器の軸モードの周波数間隔の半整数倍だけシフトさ
せる周波数シフト部と、光分岐部により分岐された他方
のレーザ光と周波数シフト部により周波数をシフトされ
たレーザ光を混合し、シード光として出力する光混合部
とを備えるものである。

【００２９】この発明に係るパルスレーザ光発生装置
は、シード光発生手段に、周波数差が共振器の軸モード
の周波数間隔の半整数倍である２つのモードのレーザ光
を発生するマイクロチップレーザを有するものである。

【００３０】この発明に係るコヒーレントライダ装置
は、パルスレーザ光発生手段に、対向する２つの鏡を有
する共振器と、共振器の光軸上に配置され、共振器の複
数の軸モードの周波数を含む周波数帯域に利得を有する
レーザ媒質と、共振器の光軸上に配置され、スイッチン
グ動作する光スイッチング手段と、共振器の光軸上にシ
ード光を導入するシード光導入手段と、共振器からパル
スレーザ光を出射するパルスレーザ光出射手段と、共振
器の軸モードの周波数間隔の半整数倍の周波数差を有す
る２つのモードのレーザ光をシード光として発生するシ
ード光発生手段とを備えるものである。

【００３１】この発明に係るコヒーレントライダ装置
は、シード光発生手段に、周波数差が共振器の軸モード
の周波数間隔の半整数倍であり、かつ偏光モードが異な
る２つの周波数成分のレーザ光を発生するマイクロチッ
プレーザを備え、コヒーレント検波用レーザ光発生手段
に、マイクロチップレーザにより発生されたレーザ光の
うちの一方の偏光モードの成分だけを分離し、コヒーレ
ント検波用レーザ光として出射する分離手段を備えるも
のである。

【００３２】この発明に係るコヒーレントライダ装置
は、シード光発生手段により、式（１）を満たす条件
で、周波数の差が所定の周波数ｆ_W である２つのモード
を有するレーザ光を発生し、その２つのモードのそれぞ
れ周波数を所定の周波数ｆ_IFだけシフトし、そのレーザ
光をシード光として出力し、そのレーザ光をコヒーレン
ト検波用レーザ光として出力し、信号処理手段により、
検波手段により出力された電気信号のうち、コヒーレン
ト検波用レーザ光の２つの周波数成分のいずれかに対応
する周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分の信号を
処理するものである。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
インジェクションシーディング型のパルスレーザ光発生
装置を用いたレーザドップラ型のコヒーレントライダ装
置の構成を示す図であり、図２は図１のパルスレーザ発
振器２３の詳細な構成図である。図において、２１は、
周波数差がパルスレーザ発振器２３の軸モードの周波数
間隔の略半整数倍である２つのモードでレーザ光を発振
するレーザ光源（シード光発生手段、パルスレーザ光発
生手段、コヒーレント検波用レーザ光発生手段）であ
り、２２はレーザ光源２１からのレーザ光を分岐させ、
周波数シフタ３と第３の光分岐器１２に向けて出射する
第１の光分岐器（シード光発生手段、パルスレーザ光発
生手段、コヒーレント検波用レーザ光発生手段）であ
る。なお、第１の光分岐器２２は、第３の光分岐器１２
に向けて、２つのモードのうちのいずれか１つのモード
のレーザ光だけを出射する。

【００３４】３は、第１の光分岐器２２から入射する２
つのモードを有するレーザ光の各モードの周波数を所定
の周波数だけそれぞれ増加させる周波数シフタ（シード
光発生手段、パルスレーザ光発生手段）であり、２３は
周波数シフタ３からのレーザ光をシード光としてインジ
ェクションシーディング方式でパルスレーザ光を発振す
るパルスレーザ発振器（パルスレーザ光発生手段）であ
る。

【００３５】なお、レーザ光源２１、第１の光分岐器２
２、周波数シフタ３およびパルスレーザ発振器２３によ
りパルスレーザ光発生装置が構成されている。ただし、
第１の光分岐器２２と周波数シフタ３は、コヒーレント
ライダ装置に適用する際に設けられたものであるので実
質的にパルスレーザ光発生装置には含まれない。すなわ
ち、レーザ光源２１およびパルスレーザ発振器２３だけ
でもパルスレーザ光発生装置が構成可能である。

【００３６】パルスレーザ発振器２３（図２）におい
て、３１および３２は共振器を構成する第１および第２
の鏡（共振器）であり、３３はシード光を共振器に導入
するとともに、パルスレーザ光を共振器から出射させ
る、光軸上に設けられた偏光子（光スイッチング手段、
シード光導入手段、パルスレーザ光出射手段）であり、
３４はレーザ媒質であり、３５は光軸上に設けられた１
／４波長板（パルスレーザ光出射手段）であり、３７は
光軸上に設けられたポッケルスセル（光スイッチング手
段）である。なお、ポッケルスセル３７と偏光子３３に
よりＱスイッチ動作が実行される。また、偏光子３３と
１／４波長板３５によって出力結合器が構成されてい
る。なお、第１および第２の鏡３１，３２は固定されて
おり、このパルスレーザ発振器２３には共振器長を調整
する機構は特に設けられていない。

【００３７】１１は、パルスレーザ発振器２３からのパ
ルスレーザ光を分岐させ、ビームスプリッタ５と第２の
光混合器１３に向けて出射する第２の光分岐器であり、
５はビームスプリッタであり、６は入射光を１／４波長
分だけ偏光させて出射する１／４波長板であり、７は１
／４波長板６からの光を走査光学系８に入射させ、走査
光学系８からの光を１／４波長板６に入射させる送受光
学系（送出手段、受信手段）であり、８はレーザ光を所
定の方向にある計測対象に向けて出射させる走査光学系
（送出手段、受信手段）である。

【００３８】１２は、第１の光分岐器２２からのレーザ
光を分岐させ、第１の光混合器９と第２の光混合器１３
とに向けて出射する第３の光分岐器であり、９は、ビー
ムスプリッタ５からの光と第３の光分岐器１２からの光
を混合し、混合した光を第１の光検出器１０に入射させ
る第１の光混合器であり、１３は、第２の光分岐器１１
からの光と第３の光分岐器１２からの光を混合し、混合
した光を第２の光検出器１４に入射させる第２の光混合
器である。

【００３９】１０は、第１の光混合器９から入射した光
を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号としてＡ
Ｄ変換器１５に出力する第１の光検出器（検波手段）で
あり、１４は、第２の光混合器１３から入射した光を電
気信号に変換し、その電気信号を周波数モニタ信号とし
てＡＤ変換器１５に出力する第２の光検出器であり、１
５は、第１の光検出器１０からの電気信号および第２の
光検出器１４からの電気信号をそれぞれＡＤ変換し、変
換後の各信号をデジタルデータとして信号処理装置１６
に出力するＡＤ変換器（信号処理手段）であり、１６
は、ＡＤ変換器１５からのデジタルデータに基づいて速
度などを計算する信号処理装置（信号処理手段）であ
る。

【００４０】次に動作について説明する。まず、図１の
コヒーレントライダ装置のうちのインジェクションシー
ディング型のパルスレーザ光発生装置の部分の動作につ
いて説明する。図３および図４は、シード光の２つのモ
ードの周波数差を軸モードの周波数間隔の１．５倍とし
た場合の、シード光が導入されたときのレーザ媒質３４
の利得帯域、パルスレーザ発振器２３の軸モードの周波
数、シード光の周波数、およびパルスレーザ光の周波数
の関係の一例を示す図である。

【００４１】レーザ光源２１は、周波数差がパルスレー
ザ発振器２３の軸モードの周波数間隔の略半整数倍であ
る２つのモードでレーザ光を発振する。

【００４２】その２つのモードを有するレーザ光は、第
１の光分岐器２２により分岐され、一方のモードの一部
はローカル光（コヒーレント検波用レーザ光）として第
３の光分岐器１２に向けて出射され、他方は、周波数シ
フタ３により２つのモードの周波数が所定の周波数ｆ_IF
だけそれぞれ増加された後、シード光としてパルスレー
ザ発振器２３に供給される。なお、このとき、ローカル
光として、２つのモードのうちの１つのモードに対応す
るレーザ光が第１の光分岐器２２から第３の光分岐器１
２に向けて出射される。

【００４３】パルスレーザ発振器２３に供給されたシー
ド光は、偏光子３３により反射され、共振器内の光軸に
沿って進行する。そして、共振器内に導かれたシード光
の少なくとも一部はポッケルスセル３７および偏光子３
３を通過する。したがって、共振器内にシード光が存在
する状態となる。

【００４４】このシード光は周波数差が軸モードの周波
数間隔δｆのほぼ半整数倍である２つのモードのレーザ
光であるので、シード光のいずれかのモードの周波数
は、軸モードの周波数が変動した場合においても、常
に、軸モードの周波数から、軸モードの周波数間隔δｆ
の１／４以内の範囲に存在する。

【００４５】そして、レーザ媒質３４がシード光により
十分に励起された状態でＱスイッチ動作が実行される
と、シード光の２つのモードの周波数のいずれかに最も
近い周波数の軸モードで単一モードのパルスレーザ光が
発振される。

【００４６】すなわち、シード光の２つのモードの周波
数の差が軸モードの周波数間隔の半整数倍に設定されて
いることにより、シード光の２つのモードのいずれかの
モードと、いずれかの軸モードとの周波数差が軸モード
の周波数間隔の１／４より小さくなるので、その軸モー
ドが優先的に選択され、その軸モードでパルスレーザ光
が発振される。

【００４７】一例として、図３および図４に示すよう
に、シード光の２つのモードの周波数差を軸モードの周
波数間隔δｆの１．５倍とした場合について説明する。
なお、シード光の２つのモードをＳ１，Ｓ２とし、それ
ぞれのモードと、そのモードに最も近いパルスレーザ発
振器２３の軸モードとの周波数差をΔｆ₁ 、Δｆ₂ とす
る。そして、Δｆ₁ ＞Δｆ₂ である場合には、Δｆ₂ ＜
δｆ／４になり、図３に示すように、モードＳ２の周波
数がモードＳ１の周波数より軸モードの周波数に近いの
で、モードＳ２に最も近い軸モードでパルスレーザ光が
発振される。一方、Δｆ₁ ＜Δｆ₂ である場合には、Δ
ｆ₁ ＜δｆ／４になり、図４に示すように、モードＳ１
の周波数がモードＳ２の周波数より軸モードの周波数に
近いので、モードＳ１に最も近い軸モードでパルスレー
ザ光が発振される。

【００４８】このように、このパルスレーザ光発生装置
によれば、共振器長を調整する機構や制御系を特に設け
ることなく、簡単な構成で安定して単一モードのパルス
レーザ光を発振させることができる。

【００４９】次に、このパルスレーザ光発生装置を用い
たコヒーレントライダ装置の動作について説明する。図
５は、コヒーレントライダ装置における各レーザ光、軸
モード、検出される電気信号の周波数の関係を示す図で
ある。

【００５０】第１の光分岐器２２から、２つのモードを
有するレーザ光のいずれか一方のモードのレーザ光がロ
ーカル光として第３の光分岐器１２へ出射される。この
ときのローカル光の周波数をｆ₀ とし、上述のシード光
の２つのモードＳ１，Ｓ２の周波数をｆ_S1，ｆ_S2とする
と、シード光の２つのモードの周波数と、ローカル光の
周波数との関係は例えば図５（ｂ）に示すようになる。
このとき、シード光の周波数は式（４）のように表され
る。

【数４】 ここで、ｆ_W はシード光のモードＳ１，Ｓ２の周波数間
隔であり、共振器の軸モードの周波数間隔の略半整数倍
の値に設定されている。なお、図５において、各周波数
を表す記号に付された添字である１，２はそれぞれシー
ド光の２つのモードＳ１，Ｓ２に対応づけられている。

【００５１】一方、第１の光分岐器２２から周波数シフ
タ３に供給された２つのモードのレーザ光は、所定の周
波数だけ周波数を増加された後、パルスレーザ発振器２
３に供給される。

【００５２】パルスレーザ発振器２３において、図５
（ｂ）に示すシード光の周波数に対して軸モードが例え
ば図５（ｃ）に実線で示す周波数に存在する場合には、
シード光のモードＳ１に近い軸モードが選択され、パル
スレーザ発振器２３から出射されるパルスレーザ光の周
波数は、図５（ｄ）に実線で示されるｆ_T1になる。一
方、シード光の周波数に対して軸モードが例えば図５
（ｃ）に破線で示す周波数に存在する場合には、シード
光のモードＳ２に近い軸モードが選択され、パルスレー
ザ発振器２３から出射されるパルスレーザ光の周波数
は、図５（ｄ）に破線で示されるｆ_T2になる。そして、
送信光であるパルスレーザ光が計測対象に向けて出射さ
れ、計測対象の速度に応じて周波数がそれぞれシフトし
た受信光が受信される。このときの送信光であるパルス
レーザ光の周波数ｆ_T1，ｆ_T2および受信光の周波数
ｆ_R1，ｆ_R2は次の式（５）で表される。

【数５】 ここで、Δｆ₁ は、シード光のモードＳ１の周波数と、
モードＳ１に基づいて選択された軸モードの周波数との
差であり、Δｆ₂ は、シード光のモードＳ２の周波数
と、モードＳ２に基づいて選択された軸モードの周波数
との差であり、ｆ_d は、計測対象の速度に応じてシフト
したドップラ周波数である。

【００５３】そして、この受信光とローカル光との混合
光が第１の光検出器１０により検出され、第１の光検出
器１０は、その混合光に対応する電気信号を受信信号と
して出力する。この受信信号は、受信光とローカル光と
のうなりに対応する信号であり、その信号の周波数は、
受信光の周波数とローカル光の周波数との差の絶対値に
なる。

【００５４】一方、パルスレーザ発振器２３からのパル
スレーザ光とローカル光との混合光が第２の光検出器１
４により検出され、第２の光検出器１４は、その混合光
に対応する電気信号を周波数モニタ信号として出力す
る。この周波数モニタ信号は、パルスレーザ光とローカ
ル光とのうなりに対応する信号であり、その信号の周波
数は、パルスレーザ光の周波数とローカル光の周波数と
の差の絶対値になる。

【００５５】これらの受信信号および周波数モニタ信号
は、ＡＤ変換器１５によりそれぞれＡＤ変換された後、
デジタルデータとして信号処理装置１６に供給される。

【００５６】このとき、図５（ｂ）に示すシード光の周
波数に対して軸モードが図５（ｃ）に実線で示す周波数
に存在し、シード光のモードＳ１に近い軸モードが選択
された場合には、周波数モニタ信号の周波数は、図５
（ｆ）に実線で示すｆ_M1になり、受信信号の周波数は、
図５（ｇ）に実線で示すｆ_sig1になる。一方、シード光
の周波数に対して軸モードが図５（ｃ）に破線で示す周
波数に存在し、シード光のモードＳ２に近い軸モードが
選択された場合には、周波数モニタ信号の周波数は、図
５（ｆ）に破線で示すｆ_M2になり、受信信号の周波数
は、図５（ｇ）に破線で示すｆ_sig2になる。そして、２
つのモードについての周波数モニタ信号の周波数ｆ_M1，
ｆ_M2および受信信号の周波数ｆ_sig1，ｆ_sig2は次の式
（６）で表される。

【数６】

【００５７】ここで、式（６）より、計測対象の速度に
対応するドップラ周波数ｆ_d は、モードＳ１，Ｓ２のい
ずれが選択された場合においても、次の式（７）に示す
ように、受信信号の周波数と周波数モニタ信号の周波数
との差として計算可能である。

【数７】

【００５８】すなわち、軸モードが図５（ｃ）に実線で
示す周波数に存在し、モードＳ１に近い軸モードが選択
された場合（図５（ｄ）〜（ｇ）に実線で示す周波数）
でも、軸モードが図５（ｃ）の破線で示す周波数に存在
し、モードＳ２に近い軸モードが選択された場合（図５
（ｄ）〜（ｇ）に破線で示す周波数）でも関係なく、ド
ップラ周波数ｆ_d が同一の周波数で検出される。

【００５９】そして、信号処理装置１６は、このドップ
ラ周波数ｆ_d を、デジタルデータとして供給される受信
信号および周波数モニタ信号から計算し、さらに、その
ドップラ周波数ｆ_d から計測対象の速度などを計算す
る。

【００６０】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、共振器長を調節する機構を設けることなく、簡単な
構成で安定して単一モードで発振可能なインジェクショ
ンシーディング型のパルスレーザ光発生装置を使用して
コヒーレントライダ装置を構成することができるという
効果が得られる。

【００６１】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
よるインジェクションシーディング型のパルスレーザ光
発生装置を用いたレーザドップラ型のコヒーレントライ
ダ装置は、実施の形態１のレーザ光源２１および第１の
光分岐器２２を変更したものであるので、そのレーザ光
源２１および第１の光分岐器２２についてだけ説明す
る。

【００６２】図６は、この実施の形態２におけるレーザ
光源２１および第１の光分岐器２２の構成を示すブロッ
ク図である。レーザ光源２１において、４１は、単一な
第１の周波数でレーザ光を出射するレーザ光発生部（第
１のレーザ光発生部）であり、４２は、単一の第２の周
波数でレーザ光を出射するレーザ光発生部（第２のレー
ザ光発生部）であり、４３は、第１の光分岐器２２を構
成する光混合器５２より入射するレーザ光をコヒーレン
ト検波し、２つの周波数のレーザ光の周波数の差を検出
し、その周波数の差に対応する電気信号を駆動回路４４
に出力する光検出器（受光部）であり、４４は、光検出
器４３からの電気信号に基づいてレーザ光発生部４１，
４２により発生されるレーザ光の周波数、すなわち上述
の第１の周波数および第２の周波数を調節しながらレー
ザ光発生部４１，４２を駆動する駆動回路（制御部）で
ある。

【００６３】第１の光分岐器２２において、５１は、レ
ーザ光発生部４１より入射したレーザ光を分岐させ、ロ
ーカル光として第３の光分岐器１２に向けて出射すると
ともに、第１の光分岐器２２内の光混合器５２に向けて
出射する光分岐器であり、５２は、レーザ光発生部４２
より入射したレーザ光および光分岐器５１より入射した
レーザ光を混合し、その混合光を分岐させ、周波数シフ
タ３に向けて出射するとともに、レーザ光源２１の光検
出器４３に向けて出射する光混合器（光混合部）であ
る。

【００６４】次に動作について説明する。なお、この実
施の形態２は、実施の形態１におけるレーザ光源２１と
第１の光分岐器２２を変更したものであるので、その部
分の動作についてだけ説明する。

【００６５】レーザ光発生部４１から出射されたレーザ
光は、第１の光分岐器２２の光分岐器５１により分岐さ
れ、ローカル光として出射されるとともに、光混合器５
２に向けて出射される。すなわち、ローカル光として、
レーザ光発生部４１により発生された単一な第１の周波
数のレーザ光が、第３の光分岐器１２に入射する。ま
た、光混合器５２においては、光分岐器５１からのレー
ザ光とレーザ光発生部４２からのレーザ光とが混合さ
れ、その混合光、すなわち２つのモードを有するレーザ
光が周波数シフタ３および光検出器４３に向けて出射さ
れる。光検出器４３は、そのレーザ光をコヒーレント検
波し、２つのレーザ光の周波数の差の情報を駆動回路４
４に出力する。

【００６６】レーザ光源２１の駆動回路４４は、光検出
器４３により検出されたレーザ光の周波数に基づいて、
予め設定されている第１の周波数および第２の周波数の
レーザ光を発振するようにレーザ光発生部４１，４２を
駆動する。そして、レーザ光発生部４１は、単一な第１
の周波数のレーザ光を出射し、レーザ光発生部４２は、
単一な第２の周波数のレーザ光を出射する。このとき、
レーザ光発生部４１から出射されるレーザ光の周波数
と、レーザ光発生部４２から出射されるレーザ光の周波
数との差は、パルスレーザ発振器２３の共振器の軸モー
ドの周波数間隔の半整数倍に設定される。

【００６７】以上にように、この実施の形態２によれ
ば、周波数差がパルスレーザ発振器２３の軸モードの周
波数間隔の略半整数倍となる２つのモードのレーザ光を
出力するレーザ光源が得られ、実施の形態１と同様の効
果が得られる。

【００６８】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
よるインジェクションシーディング型のパルスレーザ光
発生装置を用いたレーザドップラ型のコヒーレントライ
ダ装置は、実施の形態１のレーザ光源２１および第１の
光分岐器２２を変更したものであるので、そのレーザ光
源２１および第１の光分岐器２２についてだけ説明す
る。

【００６９】図７は、この実施の形態３におけるレーザ
光源２１および第１の光分岐器２２の構成を示すブロッ
ク図である。レーザ光源２１において、６１は所定の単
一周波数で発振するレーザ光発生部であり、６２は、レ
ーザ光の一部だけの周波数を変化させ、その周波数を変
化させたレーザ光を第１の光分岐器２２の光混合器７２
に向けて出射し、元の周波数のレーザ光を第１の光分岐
器２２の光分岐器７１に出射する周波数シフタ（光分岐
部、周波数シフト部）である。

【００７０】また、第１の光分岐器２２において、７１
は、周波数シフタ６２からのレーザ光を分岐させ、ロー
カル光として第３の光分岐器１２に向けて出射するとと
もに、第１の光分岐器２２内の光混合器７２に向けて出
射する光分岐器であり、７２は、周波数シフタ６２から
のレーザ光および光分岐器７１からのレーザ光を混合
し、その混合光を周波数シフタ３に向けて出射する光混
合器（光混合部）である。

【００７１】次に動作について説明する。なお、この実
施の形態３は、実施の形態１におけるレーザ光源２１と
第１の光分岐器２２を変更したものであるので、その部
分の動作についてだけ説明する。

【００７２】レーザ光発生部６１は、所定の単一周波数
でレーザ光を発振し、そのレーザ光を周波数シフタ６２
に向けて出射する。周波数シフタ６２は、そのレーザ光
を分岐させ、そのレーザ光の一部の周波数を、パルスレ
ーザ発振器２３の軸モードの周波数間隔の略半整数倍だ
けシフトさせ、その周波数をシフトさせたレーザ光を光
混合器７２に向けて出射し、分岐した他方の、元の周波
数のレーザ光を光分岐器７１に向けて出射する。

【００７３】光分岐器７１は、入射したレーザ光を分岐
させ、その一部をローカル光として出射するとともに、
他の一部を光混合器７２に向けて出射する。そして、光
混合器７２は、光分岐器７１からのレーザ光と周波数シ
フタ６２からのレーザ光とを混合し、その混合光、すな
わち、２つのモードを有するレーザ光を周波数シフタ３
に向けて出射する。

【００７４】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、周波数差がパルスレーザ発振器２３の軸モードの周
波数間隔の略半整数倍となる２つのモードのレーザ光を
出力するレーザ光源が得られ、実施の形態１と同様の効
果が得られる。

【００７５】実施の形態４．この発明の実施の形態４に
よるインジェクションシーディング型のパルスレーザ光
発生装置を用いたレーザドップラ型のコヒーレントライ
ダ装置は、実施の形態３のレーザ光源２１を変更したも
のであるので、そのレーザ光源２１についてだけ説明す
る。

【００７６】図８は、この実施の形態４におけるレーザ
光源２１および第１の光分岐器２２の構成を示すブロッ
ク図である。レーザ光源２１において、８１は、等方性
のレーザ媒質で構成されたマイクロチップレーザ８５を
有するレーザ光発生部であり、８２は、レーザ光発生部
８１に設けられた図示せぬクーラを制御して、マイクロ
チップレーザ８５の温度を制御する温度制御回路であ
り、８３はレーザ光発生部８１により発生された２つの
偏光モードを有するレーザ光を各偏光モードのレーザ光
に分離する偏光分離素子（分離手段）である。

【００７７】なお、マイクロチップレーザ８５は共振器
長を短くすることにより単一軸モードで発振する。この
とき、熱的または機械的な微少な復屈折の影響により、
直交した２つの偏光モードで発振する事が知られてい
る。例えば「Dual-polarization modes and self-heter
odyne noise in a single-frequency 2.1μm microchip
Ho,Tm:YAG laser」（Ｈｅ、Ｋｉｌｌｉｎｇｅｒ著、Ｏ
ＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．６、
第３９６頁〜第３９８頁、１９９４年）には、２．１マ
イクロメートルの波長で発振するＨｏ，Ｔｍ：ＹＡＧの
マイクロチップレーザにより発振されるレーザ光には周
波数差が約１２ＭＨｚである２つの偏光モードが存在す
ることが報告されている。さらに、この文献では、この
２つのモードが偏光素子により分離可能であることも報
告されている。また、本発明者は、Ｅｒ，Ｙｂ：Ｇｌａ
ｓｓのマイクロチップレーザにより、２つの偏光モード
を同様に確認している。さらに、本発明者は、マイクロ
チップレーザの温度変化に応じてモード間の周波数差が
数十ＭＨｚから数百ＭＨｚまで変化することを確認し
た。

【００７８】次に動作について説明する。なお、この実
施の形態４は、実施の形態３におけるレーザ光源２１を
変更したものであるので、その部分の動作についてだけ
説明する。

【００７９】温度制御回路８２は、マイクロチップレー
ザ８５がパルスレーザ発振器２３の軸モードの周波数間
隔の略半整数倍の周波数差を有する２つの偏光モードで
レーザ光を発振するように、マイクロチップレーザ８５
の温度を制御している。そして、マイクロチップレーザ
８５は、２つの偏光モードでレーザ光を発振し、そのレ
ーザ光を偏光分離素子８３に向けて出射する。

【００８０】そして、偏光分離素子８３は、マイクロチ
ップレーザ８５からの２つの偏光モードを有するレーザ
光を各偏光モードのレーザ光に分離し、分離した２つの
レーザ光を第１の光分岐器２２の光分岐器７１と光混合
器７２に向けてそれぞれ出射する。

【００８１】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、マイクロチップレーザを使用して、周波数差がパル
スレーザ発振器２３の軸モードの周波数間隔の略半整数
倍となる２つのモードのレーザ光を出力するレーザ光源
が得られ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００８２】実施の形態５．図９は、この発明の実施の
形態５によるインジェクションシーディング型のパルス
レーザ光発生装置を用いたレーザドップラ型のコヒーレ
ントライダ装置の構成を示す図であり、図１０は、この
実施の形態５におけるレーザ光源２１および第１の光分
岐器２２の構成を示すブロック図である。

【００８３】なお、この発明の実施の形態５によるコヒ
ーレントライダ装置は、レーザ光源２１により発生され
た２つのモードを有するレーザ光をローカル光として使
用し、第１および第２の光検出器１０，１４により検出
された周波数モニタ信号および受信信号のうち、ローカ
ル光のいずれかのモードに対応する周波数成分を選択的
に抽出するようにしたものである。すなわち、このコヒ
ーレントライダ装置は、実施の形態４の第１の光分岐器
２２を変更し、さらに、第１の光検出器１０および第２
の光検出器１４とＡＤ変換器１５との間にそれぞれ電気
的フィルタ１０１，１０２を設けたものである。したが
って、ここでは、第１の光分岐器２２と電気的フィルタ
１０１，１０２についてだけ説明する。

【００８４】１０１は、第１の光検出器１０から出力さ
れた受信信号のうち、ローカル光の一方のモードに対応
する周波数成分を通過させ、他方のモードに対応する周
波数成分を減衰させる電気的フィルタ（抽出手段）であ
り、１０２は、第２の光検出器１４から出力された周波
数モニタ信号のうち、ローカル光の一方のモードに対応
する周波数成分を通過させ、他方のモードに対応する周
波数成分を減衰させる電気的フィルタである。

【００８５】図１０に示す第１の光分岐器２２におい
て、９１は、レーザ光源２１からの２つのモードを有す
るレーザ光を分岐させ、周波数シフタ３および第３の光
分岐器１２に向けてそれぞれ出射する光分岐器である。

【００８６】次に動作について説明する。図１１は、こ
の実施の形態５のコヒーレントライダ装置における各レ
ーザ光のモード、軸モード、および各電気信号の周波数
の関係の一例を示す図である。

【００８７】この実施の形態５においてはローカル光と
して２つのモードを有するレーザ光を使用するので、受
信信号および周波数モニタ信号がそれぞれ２つの周波数
成分として検出される。したがって、これらの信号の各
周波数成分がそれぞれ所定の周波数帯域内に分かれるよ
うにして一方のモードに対応する信号だけを電気的フィ
ルタ１０１，１０２で簡単に抽出することができるよう
にするために、レーザ光源２１で発生させるレーザ光の
モード間の周波数間隔ｆ_W と周波数シフタ３による周波
数シフト量ｆ_IFが次の式（１）の関係を満たすように、
レーザ光源２１および周波数シフタ３は動作する。

【数８】 ここで、ｆ_dmaxは、測定するドップラ周波数の最大値の
絶対値であり、δｆは軸モードの周波数間隔である。

【００８８】したがって、レーザ光におけるモード間の
周波数間隔は、式（１）を満たし、かつパルスレーザ発
振器２３の軸モードの周波数間隔の略半整数倍である値
に設定される。

【００８９】このように各モードの周波数が設定された
レーザ光がレーザ光源２１から、第１の光分岐器２２へ
入射する。そして、第１の光分岐器２２から、図１１
（ａ）に示すように周波数がｆ₀₁，ｆ₀₂であるその２つ
のモードを有するレーザ光がローカル光として第３の光
分岐器１２へ出射されるとともに、周波数シフタ３へ出
射される。そして、周波数シフタ３は、そのレーザ光の
周波数をモードごとにそれぞれ所定の周波数だけ増加さ
せ、図１１（ｂ）に示すように周波数がｆ_S1，ｆ_S2であ
る２つのモードのシード光をパルスレーザ発振器２３に
向けて出射する。

【００９０】そして、図１１（ｂ）に示すシード光の周
波数に対して軸モードが図１１（ｃ）に実線で示す周波
数に存在する場合には、シード光のモードＳ１に近い軸
モードが選択され、パルスレーザ発振器２３から出射さ
れるパルスレーザ光の周波数は、図１１（ｄ）に実線で
示すｆ_T1になり、シード光の周波数に対して軸モードが
図１１（ｃ）に破線で示す周波数に存在する場合には、
シード光のモードＳ２に近い軸モードが選択され、パル
スレーザ発振器２３から出射されるパルスレーザ光の周
波数は、図１１（ｄ）に破線で示すｆ_T2になる。そし
て、送信光であるパルスレーザ光が計測対象に向けて出
射され、計測対象の速度に応じて周波数がそれぞれシフ
トした受信光が受信される。

【００９１】そして、この受信光とローカル光との混合
光が第１の光検出器１０により検出され、第１の光検出
器１０は、その混合光に対応する電気信号を受信信号と
して出力する。この受信信号は、受信光とローカル光と
のうなりに対応する信号であり、その信号の周波数は、
受信光の周波数とローカル光の各モードの周波数との差
の絶対値になる。

【００９２】一方、パルスレーザ発振器２３からのパル
スレーザ光とローカル光との混合光が第２の光検出器１
４により検出され、第２の光検出器１４は、その混合光
に対応する電気信号を周波数モニタ信号として出力す
る。この周波数モニタ信号は、パルスレーザ光とローカ
ル光とのうなりに対応する信号であり、その信号の周波
数は、パルスレーザ光の周波数とローカル光の各モード
の周波数との差の絶対値になる。

【００９３】なお、この実施の形態５の場合、ローカル
光のモードが２つであるので、周波数モニタ信号および
受信信号は、図１１（ｆ）および図１１（ｇ）に示すよ
うにそれぞれ２つの周波数成分を有する（実線の場合、
破線の場合、それぞれ２つずつ）。

【００９４】このとき、図１１（ｂ）に示すシード光の
周波数に対して軸モードが図１１（ｃ）に実線で示す周
波数に存在し、シード光のモードＳ１に近い軸モードが
選択された場合には、周波数モニタ信号の周波数は、図
１１（ｆ）に実線で示すｆ_{M1 1} およびｆ_M12 になり、受
信信号の周波数は、図１１（ｇ）に実線で示すｆ_{sig1 1}
およびｆ_sig12 になり、一方、シード光の周波数に対し
て軸モードが図１１（ｃ）に破線で示す周波数に存在
し、シード光のモードＳ２に近い軸モードが選択された
場合には、周波数モニタ信号の周波数は、図１１（ｆ）
に破線で示すｆ_{M2 1} およびｆ_M22 になり、受信信号の周
波数は、図１１（ｇ）に破線で示すｆ_{sig2 1} およびｆ
_sig22 になる。

【００９５】このとき、式（１）を満たすようにレーザ
光源２１からのレーザ光のモード間の周波数間隔ｆ_W と
周波数シフタ３による周波数シフト量ｆ_IFを設定したの
で、ローカル光の各モードに対応する周波数モニタ信号
および受信信号は、次の式（８）に示す２つの周波数帯
域ｆ₁ ，ｆ₂ のいずれかにおいて検出される。

【数９】

【００９６】電気的フィルタ１０１および電気的フィル
タ１０２は、これらの２つの周波数帯域のうちのいずれ
かにおける受信信号および周波数モニタ信号だけを通過
させる。通過した信号はＡＤ変換器１５により変換され
た後、信号処理装置１６に供給される。そして、信号処
理装置１６は、デジタルデータとして供給された受信信
号と周波数モニタ信号との周波数の差を計算して、速度
などの測定値を算出する。このとき、いずれの周波数帯
域における受信信号と周波数モニタ信号との周波数の差
を計算しても同一の値になるので、いずれか一方の周波
数帯域における周波数モニタ信号との周波数の差を計算
すればよく、そのため、他方の周波数帯域における信号
成分は、電気的フィルタ１０１，１０２により除去され
ている。

【００９７】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、２つのモードを有するレーザ光をそのままローカル
光として使用し、それぞれの混合光を電気信号に変換し
た後に、２つのモードのうちのいずれかに対応する周波
数成分だけを選択するようにしたので、第１の光分岐器
２２の構成を簡単にすることができ、装置を小さくする
ことができるという効果が得られる。

【００９８】また、式（１）を満たすようにレーザ光源
２１からのレーザ光のモード間の周波数間隔と周波数シ
フタ３による周波数シフト量を設定したので、ローカル
光の各モードに対応する周波数モニタ信号および受信信
号は、式（８）に示す２つの周波数帯域ｆ₁ ，ｆ₂ のい
ずれかにおいて検出され、２つのモードのうちの一方に
対応する周波数成分を電気的フィルタ１０１および電気
的フィルタ１０２により簡単に抽出することができると
いう効果が得られる。

【００９９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、共振
器の軸モードの周波数間隔の半整数倍の周波数差を有す
る２つのモードのレーザ光をシード光に使用したので、
簡単な回路構成で安定して単一モードで発振可能なパル
スレーザ光発生装置およびコヒーレントライダ装置を得
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるインジェクシ
ョンシーディング型のパルスレーザ光発生装置を用いた
レーザドップラ型のコヒーレントライダ装置の構成を示
す図である。

【図２】 図１のパルスレーザ発振器の詳細な構成図で
ある。

【図３】 シード光の２つのモードの周波数差を軸モー
ドの周波数間隔の１．５倍とした場合の、レーザ媒質の
利得帯域、パルスレーザ発振器の軸モードの周波数、シ
ード光の周波数、およびパルスレーザ光の周波数の関係
の一例を示す図である。

【図４】 シード光の２つのモードの周波数差を軸モー
ドの周波数間隔の１．５倍とした場合の、レーザ媒質の
利得帯域、パルスレーザ発振器の軸モードの周波数、シ
ード光の周波数、およびパルスレーザ光の周波数の関係
の一例を示す図である。

【図５】 コヒーレントライダ装置における各レーザ
光、軸モード、検出される信号の周波数の関係を示す図
である。

【図６】 実施の形態２におけるレーザ光源および第１
の光分岐器の構成を示すブロック図である。

【図７】 実施の形態３におけるレーザ光源および第１
の光分岐器の構成を示すブロック図である。

【図８】 実施の形態４におけるレーザ光源および第１
の光分岐器の構成を示すブロック図である。

【図９】 この発明の実施の形態５によるインジェクシ
ョンシーディング型のパルスレーザ光発生装置を用いた
レーザドップラ型のコヒーレントライダ装置の構成を示
す図である。

【図１０】 実施の形態５におけるレーザ光源および第
１の光分岐器の構成を示すブロック図である。

【図１１】 実施の形態５のコヒーレントライダ装置に
おける各レーザ光のモード、軸モード、および各電気信
号の周波数の関係の一例を示す図である。

【図１２】 従来のインジェクションシーディング型の
パルスレーザ光発生装置を用いたレーザドップラ型のコ
ヒーレントライダ装置を示す構成図である。

【図１３】 図１２のパルスレーザ発振器の詳細な構成
図である。

【図１４】 ローカル光、シード光、送信光および受信
光の光の周波数の関係とそれにより得られるパルスレー
ザ光のモニタ信号と受信信号の周波数の関係の一例を示
す図である。

【図１５】 シード光が導入されたときのレーザ媒質の
利得帯域、パルスレーザ発振器の軸モードの周波数、シ
ード光の周波数、パルスレーザ光の周波数の関係を示し
た図である。

【図１６】 シード光が導入されたときのレーザ媒質の
利得帯域、パルスレーザ発振器の軸モードの周波数、シ
ード光の周波数、パルスレーザ光の周波数の関係を示し
た図である。

【符号の説明】

３ 周波数シフタ（シード光発生手段、パルスレーザ光
発生手段）、７ 送受光学系（送出手段、受信手段）、
８ 走査光学系（送出手段、受信手段）、１０第１の光
検出器（検波手段）、１５ ＡＤ変換器（信号処理手
段）、１６ 信号処理装置（信号処理手段）、２１ レ
ーザ光源（シード光発生手段、パルスレーザ光発生手
段、コヒーレント検波用レーザ光発生手段）、２２ 第
１の光分岐器（シード光発生手段、パルスレーザ光発生
手段、コヒーレント検波用レーザ光発生手段）、２３
パルスレーザ発振器（パルスレーザ光発生手段）、３１
第１の鏡（共振器）、３２ 第２の鏡（共振器）、３
３ 偏光子（光スイッチング手段、シード光導入手段、
パルスレーザ光出射手段）、３４ レーザ媒質、３５１
／４波長板（パルスレーザ光出射手段）、３７ ポッケ
ルスセル（光スイッチング手段）、４１ レーザ光発生
部（第１のレーザ光発生部）、４２ レーザ光発生部
（第２のレーザ光発生部）、４３ 光検出器（受光
部）、４４ 駆動回路（制御部）、５２，７２ 光混合
器（光混合部）、６１ レーザ光発生部、６２ 周波数
シフタ（光分岐部、周波数シフト部）、８３ 偏光分離
素子（分離手段）、８５ マイクロチップレーザ、１０
１ 電気的フィルタ（抽出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−80084（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−41566（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−241073（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−260421（ＪＰ，Ａ) 米国特許5237331（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 H01S 3/00 - 4/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する２つの鏡を有する共振器と、 前記共振器の光軸上に配置され、前記共振器の複数の軸
   モードの周波数を含む周波数帯域に利得を有するレーザ
   媒質と、 前記共振器の光軸上に配置され、スイッチング動作する
   光スイッチング手段と、 前記共振器の光軸上にシード光を導入するシード光導入
   手段と、 前記共振器からパルスレーザ光を出射するパルスレーザ
   光出射手段と、 前記共振器の軸モードの周波数間隔の半整数倍の周波数
   差を有する２つのモードのレーザ光をシード光として発
   生するシード光発生手段とを備えたパルスレーザ光発生
   装置。
2. 【請求項２】 シード光発生手段は、単一な第１の周波
   数の第１のレーザ光を発生する第１のレーザ光発生部
   と、単一な第２の周波数の第２のレーザ光を発生する第
   ２のレーザ光発生部と、前記第１および第２のレーザ光
   を混合し、シード光として出射する光混合部と、前記シ
   ード光の一部を受光し、そのシード光の一部に対応する
   電気信号を出力する受光部と、前記受光部により出力さ
   れた電気信号に基づいて、前記第１の周波数と前記第２
   の周波数との差が共振器の軸モードの周波数間隔の半整
   数倍になるように前記第１および第２のレーザ光発生部
   を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１
   記載のパルスレーザ光発生装置。
3. 【請求項３】 シード光発生手段は、単一周波数のレー
   ザ光を発生するレーザ光発生部と、前記レーザ光発生部
   により発生された単一周波数のレーザ光を２つに分岐す
   る光分岐部と、前記光分岐部により分岐された一方のレ
   ーザ光の周波数を、共振器の軸モードの周波数間隔の半
   整数倍だけシフトさせる周波数シフト部と、前記光分岐
   部により分岐された他方のレーザ光と前記周波数シフト
   部により周波数をシフトされたレーザ光を混合し、シー
   ド光として出力する光混合部とを備えることを特徴とす
   る請求項１記載のパルスレーザ光発生装置。
4. 【請求項４】 シード光発生手段は、周波数差が共振器
   の軸モードの周波数間隔の半整数倍である２つのモード
   のレーザ光を発生するマイクロチップレーザを有するこ
   とを特徴とする請求項１記載のパルスレーザ光発生装
   置。
5. 【請求項５】 単一周波数のパルスレーザ光を発生する
   パルスレーザ光発生手段と、前記パルスレーザ光発生手
   段により発生されたパルスレーザ光を所定の計測対象に
   対して送出する送出手段と、前記送出手段により送出さ
   れたパルスレーザ光に対応する反射光または散乱光を受
   信する受信手段と、コヒーレント検波用レーザ光を発生
   するコヒーレント検波用レーザ光発生手段と、前記コヒ
   ーレント検波用レーザ光発生手段により発生されたコヒ
   ーレント検波用レーザ光で、前記受信手段により受信さ
   れた反射光または散乱光をコヒーレント検波し、コヒー
   レント検波した信号を受信信号として出力する検波手段
   と、前記検波手段により出力された受信信号を処理する
   信号処理手段とを備えたコヒーレントライダ装置におい
   て、 パルスレーザ光発生手段は、対向する２つの鏡を有する
   共振器と、前記共振器の光軸上に配置され、前記共振器
   の複数の軸モードの周波数を含む周波数帯域に利得を有
   するレーザ媒質と、前記共振器の光軸上に配置され、ス
   イッチング動作する光スイッチング手段と、前記共振器
   の光軸上にシード光を導入するシード光導入手段と、前
   記共振器からパルスレーザ光を出射するパルスレーザ光
   出射手段と、前記共振器の軸モードの周波数間隔の半整
   数倍の周波数差を有する２つのモードのレーザ光をシー
   ド光として発生するシード光発生手段とを備えることを
   特徴とするコヒーレントライダ装置。
6. 【請求項６】 シード光発生手段は、周波数差が共振器
   の軸モードの周波数間隔の半整数倍であり、かつ偏光モ
   ードが異なる２つのモードのレーザ光を発生するマイク
   ロチップレーザを備え、 コヒーレント検波用レーザ光発生手段は、前記マイクロ
   チップレーザにより発生されたレーザ光のうちの一方の
   偏光モードの成分だけを分離し、コヒーレント検波用レ
   ーザ光として出射する分離手段を備えることを特徴とす
   る請求項５記載のコヒーレントライダ装置。
7. 【請求項７】 シード光発生手段は、周波数の差が所定
   の周波数ｆ_W である２つのモードを有するレーザ光を発
   生する発生部と、前記発生部により発生されたレーザ光
   の前記２つのモードのそれぞれ周波数を所定の周波数ｆ
   _IFだけシフトし、そのレーザ光をシード光として出力す
   る周波数シフト部とを備え、送出するパルスレーザ光の
   周波数と受信する反射光または散乱光との差の最大値を
   ｆ_dmaxとし、軸モードの周波数間隔をδｆとした場合
   に、式（１）を満たす条件で２つのモードを有するレー
   ザ光を前記発生部により発生し、そのレーザ光をコヒー
   レント検波用レーザ光として出力し、 信号処理手段は、検波手段により出力された受信信号の
   うち、コヒーレント検波用レーザ光の前記２つのモード
   のいずれかに対応する周波数成分を抽出する抽出手段を
   備え、前記抽出手段により抽出された周波数成分の信号
   を処理することを特徴とする請求項５記載のコヒーレン
   トライダ装置。 【数１】