JP3439991B2 - レーザー発振制御方法およびその装置 - 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、レーザー発振制御
方法およびその装置に関し、さらに詳細には、レーザー
発振波長を電子的に高速にかつ信頼性高く制御すること
のできるレーザー発振制御方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザー発振制御装置として、例
えば、特開平９−１７２２１５号公報に開示されたレー
ザー発振制御装置が知られている。

【０００３】図１には、特開平９−１７２２１５号公報
において図３として開示されたレーザー発振制御装置が
示されているが、このレーザー発振制御装置において
は、所定の透過性を有する出射ミラー１１２と全反射ミ
ラー１１０とよりレーザー共振器が構成されている。

【０００４】そして、レーザー共振器内には、波長可変
レーザーのレーザー媒質としてのＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザ
ー結晶１４と、波長選択用の光音響光学素子としての光
音響光学結晶１００と、回折光補正用プリズム２８と
が、出射側ミラー１１２から全反射ミラー１１０側へ向
けて順次配設されている。

【０００５】光音響光学結晶１００には、音響波入力手
段としてＲＦ電源２０により駆動される圧電素子２２が
添着されている。従って、ＲＦ電源２０により圧電素子
２２を駆動させて、圧電素子２２に歪みを生じさせる
と、この圧電素子２２の歪みに基づいて、当該歪みに応
じた周波数の音響波が光音響光学結晶１００に入力され
ることになる。

【０００６】また、回折光補正用プリズム２８は、光音
響光学結晶１００から出射された回折光１０６を、波長
に関わらず常に一定の方向に出射するように構成されて
おり、全反射ミラー１１０は、回折光補正用プリズム２
８から出射された光を反射するように構成されている。

【０００７】以上の構成において、励起レーザー２４と
してＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：
Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４を励起する。また、出射側ミ
ラー１１２から出射させたい出射レーザー光の波長に応
じてＲＦ電源２０により入力されるＲＦ周波数を制御
し、圧電素子２２を駆動する。

【０００８】上記のようにすると、光音響光学結晶１０
０に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４から出
射された広範囲の波長帯域の出射光のなかで、ＲＦ電源
２０により入力されるＲＦ周波数に応じた波長の出射光
に関しては、所定の方向に回折されて回折光１０６とし
て光音響光学素子１００から出射されることになる。

【０００９】さらに、光音響光学結晶１００から所定の
方向に回折されて出射された回折光１０６は、回折光補
正用プリズム２８に入射され、一定の方向に出射され
る。そして、回折光補正用プリズム２８から出射された
光は、全反射ミラー１１０によって反射され、レーザー
共振器内を往復することになる。

【００１０】従って、ＲＦ電源２０により入力されるＲ
Ｆ周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発
振を生ぜしめ、レーザー共振器から当該波長の出射レー
ザー光のみを出射させることができる。

【００１１】このように、従来のレーザー発振制御装置
においては、ＲＦ電源２０により入力されるＲＦ周波
数、即ち、光音響光学結晶１００に入力される音響波周
波数を可変することにより、ＲＦ電源２０により入力さ
れるＲＦ周波数、即ち、光音響光学結晶１００入力する
音響波周波数に応じた波長の出射レーザー光のみを選択
的に出射させることができるものであった。

【００１２】ところで、光音響光学結晶１００において
は、ＲＦ電源２０より入力されるＲＦ入力強度、即ち、
光音響光学結晶１００に入力される音響波強度に応じ
て、光音響光学結晶１００における回折効率が影響を受
け、ＲＦ入力強度、即ち、光音響光学結晶１００に入力
される音響波強度の変化によって出射レーザー光の出力
強度が変化することが知られている。

【００１３】しかも、最も出力強度の高い出射レーザー
を得るためのＲＦ入力強度、即ち、光音響光学結晶１０
０に入力される音響波強度は、出射レーザー光の周波数
を設定し、ＲＦ周波数、即ち、光音響光学結晶１００に
入力される音響波周波数に応じて異なるものであった。

【００１４】本願出願人が、図１に示すレーザー発振制
御装置を用いて実験したところ、図２に示すように、例
えば、出射レーザー光の発振波長が約８５０ｎｍ〜約１
０００ｎｍにおいては、ＲＦ入力強度を２Ｗとする方が
ＲＦ入力強度を１Ｗとするよりも、より高い出力強度の
出射レーザー光を得ることができる一方で、出射レーザ
ー光の発振波長が約７２０ｎｍ〜約８５０ｎｍにおいて
は、ＲＦ入力強度を１Ｗとする方がＲＦ入力強度を２Ｗ
とするよりも、より高い出力強度の出射レーザー光を得
ることができるものであった。

【００１５】このため、出力強度の高い出射レーザー光
を得るためには、ＲＦ周波数、即ち、光音響光学結晶に
入力される音響波周波数を変化させる度に、ＲＦ入力強
度、即ち、光音響光学結晶に入力される音響波強度を変
化させる必要があった。

【００１６】ところが、ＲＦ入力強度、即ち、光音響光
学結晶に入力される音響波強度を変化させると、ＲＦ入
力、即ち、音響波の入力の吸収によって光音響光学結晶
の温度が変化し、光音響光学結晶１００における屈折率
や回折角の乱れが発生し、それが出射レーザー光の発振
波長や出力強度に悪影響を及ぼすという問題点が指摘さ
れていた。

【００１７】特に、出射レーザー光の出力強度を一定に
制御したり、あるいは各レーザー発振波長で最大の出力
強度を得ることができるようにしながら波長掃引する場
合には、ＲＦ入力強度、即ち、光音響光学結晶１００に
入力される音響波強度をＲＦ周波数、即ち、光音響光学
結晶１００に入力される音響波周波数に応じて変化しな
ければならないため、必然的に光音響光学結晶１００に
非常に速い温度変化が生じることになり、低速掃引時に
比べて高速掃引時は出射レーザー光の出力強度が不安定
なってしまっていた。

【００１８】そこで、従来の技術においては、こうした
出射レーザー光の出力強度に影響を及ぼすような光音響
光学結晶の温度変化を抑止するために、温度計、サーモ
スタット、熱交換媒質（ヒーター、ペルチェ素子など）
を用いて、ヒートシンクからの熱伝導によって光音響光
学結晶の温度を制御するようにし、その温度一定化のた
めにフィードバック方式による制御を行うことが現実的
に考えられた。

【００１９】しかしながら、上記した従来の方法におい
ては、以下に示す（１）〜（３）などの問題点があっ
た。

【００２０】（１）光音響光学結晶たる無機・有機結晶
は熱伝導率が悪く、外部からの温度調整では均一な熱分
布を得ることが困難であるという問題点があった。

【００２１】（２）熱交換の速度が遅く、光音響光学結
晶の波長変化周波数（ｋＨｚオーダーである。）に対応
して高速で温度制御することが困難であるという問題点
があった。

【００２２】（３）フィードバック方式による制御で
は、温度計やヒーターの熱容量によって、温度制御のタ
イミングが遅れてしまい、ＲＦ周波数の変化に追随でき
ないという問題点があった。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、従来の技術にお
ける（１）〜（３）における問題点をそれぞれ解決しな
がら、光音響光学素子へ入力される音響波の入力強度の
変化による光音響光学素子の温度変化を確実に防止し
て、出射レーザー光が光音響光学素子の温度変化による
影響を受けないようにしたレーザー発振制御方法および
その装置を提供しようとするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光音響光学素子へ入力される音響波の入
力強度の変化による光音響光学素子の温度変化を確実に
防止するために、出射レーザー光の発振周波数である第
１の周波数の第１の音響波とともに、レーザー媒質の発
振可能範囲外の周波数である第２の周波数の第２の音響
波を光音響光学素子へ入力し、この第２の音響波の入力
強度によって第１の周波数による発振波長を制御・掃引
するための第１の音響波の入力強度の変化を相殺するこ
とにより、光音響光学素子の温度の変動を防ぐようにし
たものである。これは、能動的な温度管理であり、フィ
ードバック方式による制御とは全く異なるものである。

【００２５】即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明
は、レーザー共振器内に第１の音響波を入力された複屈
折性の光音響光学素子を配置し、所定範囲の波長域にお
いてレーザー発振可能なレーザー媒質からの出射光を上
記光音響光学素子に入射し、上記光音響光学素子への入
射光のうち上記第１の音響波の周波数に応じた波長の光
を、回折光として上記光音響光学素子から出射して上記
レーザー共振器内を往復させることにより、上記第１の
音響波の周波数に応じてレーザー発振波長を選択してレ
ーザー発振させるレーザー発振制御方法において、上記
光音響光学素子に対して上記第１の音響波と同時に第２
の音響波を入力し、上記第１の音響波の周波数はレーザ
ー発振可能な波長に対応する周波数とし、上記第２の音
響波の周波数はレーザー発振不能な波長に対応する周波
数とし、上記第１の音響波の入力強度値は上記第１の音
響波の周波数によりレーザー発振可能な入力強度値と
し、上記第１の音響波と上記第２の音響波とによって上
記光音響光学素子に発生する熱量が、上記第１の周波数
によらず一定となるように、上記第２の音響波の入力強
度を設定するようにしたものである。

【００２６】従って、本発明のうち請求項１に記載の発
明によれば、第１の音響波の入力強度の変化による光音
響光学素子の温度変化が防止され、出射レーザー光が光
音響光学素子の温度変化による影響を受ける恐れを排除
することができる。

【００２７】ここで、上記第１の音響波の入力強度値
は、本発明のうち請求項２に記載の発明のように、上記
第１の音響波の周波数に応じて所望の強度でレーザー発
振可能なように可変されるものとしてもよい。

【００２８】また、上記第１の音響波の入力強度値は、
本発明のうち請求項３に記載の発明のように、レーザー
発振に最適な強度値とすることができる。

【００２９】

【００３０】即ち、光音響光学素子の音響波の吸収率と
熱への変換効率が、音響波の周波数により異なる可能性
がある。例えば、音響波の合計入力強度の最大値が１Ｗ
で、８０ＭＨｚでの熱変換効率が１３０ＭＨｚでの熱変
換効率の半分であったとする。ここで、第１の音響波の
周波数を８０ＭＨｚまたは１３０ＭＨｚとした場合にお
いて、第１の音響波の入力強度値をいずれの場合にも
０．５Ｗで制御する場合をそれぞれ検討すると、第１の
音響波の周波数が８０ＭＨｚの時に与える第２の音響波
の入力強度値は０．５Ｗで、第１の音響波の周波数が１
３０ＭＨｚのときの第２の音響波の入力強度値たる０．
２５Ｗの２倍の強度が必要となる。

【００３１】音響波の周波数ωにおける熱変換効率をｅ
(ω)、第１の音響波の周波数と入力強度とをそれぞれω
1、Ｉ1とし、第２の音響波の周波数と入力強度とをそれ
ぞれω2、Ｉ2とし、発生する熱量をｈとすると、 ｈ＝ｅ(ω1)×Ｉ1＋ｅ(ω2)×Ｉ2 において、発生する熱量ｈが一定となるようにＩ1とＩ2
との関係を保ちながらレーザーの制御を行うことが望ま
しい。

【００３２】ただし、任意のω1とω2とに対して、常に
ｅ(ω1)とｅ(ω2)とが近似的に等しい場合には、「Ｉ1
＋Ｉ2」を一定に保つことによって、レーザーの制御を
行うことができる。

【００３３】また、光音響光学素子の熱変換効率の周波
数依存性は、素子の大きさなどによっても変わるため、
第１の音響波の入力強度値と第２の音響波の入力強度値
との合計入力強度値は、第１の音響波の周波数に対し
て、任意の値で設定できることが好ましいものである。

【００３４】また、上記第２の音響波の周波数は、本発
明のうち請求項４に記載の発明のように、レーザー発振
不能な波長に対応する周波数帯域内において上記第１の
音響波の周波数に対してうねりが生じない値に保つよう
に可変されるものとしてもよい。

【００３５】即ち、仮に第１の音響波の周波数と第２の
音響波の周波数とが非常に近いものであるならば、音響
波同士の相互作用によってうねりが生じることになる。
そして、こうしたうねりが生じた場合には、レーザーの
発振強度に悪影響を及ぼすことになる。

【００３６】また、第１の音響波の周波数と第２の音響
波の周波数とが離れている場合でも、うねりが生じる場
合がある。例えば、周波数が８０ＭＨｚと１２１ＭＨｚ
とである場合には、８０ＭＨｚの第２倍音である２４０
ＭＨｚと１２１ＭＨｚの第１倍音である２４２ＭＨｚと
の間で相互作用が起きる場合が考えられる。

【００３７】このため、第２の音響波の周波数を、第１
の音響波の周波数に対してうねりが生じない値に保つよ
うにすると、レーザー発振強度に悪影響が出ないように
することができる。

【００３８】従って、第２の音響波の周波数は、レーザ
ー発振不能な周波数帯域内において第１の音響波の周波
数に依存して変化させることが好ましいものである。

【００３９】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
は、対向する所定の反射率を有するミラーにより構成さ
れるレーザー共振器と、上記レーザー共振器内に配設さ
れた所定範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長
可変レーザー媒質と、上記レーザー共振器内に配設さ
れ、上記波長可変レーザー媒質からの出射光が入射され
る複屈折性の光音響光学素子と、第１の音響波を生成し
て上記光音響光学素子へ入力する第１の音響波入力手段
と、第２の音響波を生成して上記光音響光学素子へ入力
する第２の音響波入力手段と、上記第１の音響波入力手
段および上記第２の音響波入力手段を制御して、上記第
１の音響波入力手段にレーザー発振可能な波長に対応す
る周波数ならびに入力強度値を備えた上記第１の音響波
を生成させ、上記第２の音響波入力手段にレーザー発振
不能な波長に対応する周波数ならびに上記第１の音響波
と上記第２の音響波とによって上記光音響光学素子に発
生する熱量が上記第１の周波数によらず一定となる入力
強度を備えた上記第２の音響波を生成させ、上記光音響
光学素子に対して上記第１の音響波と同時に上記第２の
音響波を入力させる制御手段とを有し、上記光音響光学
素子への入射光のうち上記第１の音響波の周波数に応じ
た波長の光を、回折光として上記光音響光学素子から出
射して上記レーザー共振器内を往復させることにより、
上記第１の音響波の周波数に応じてレーザー発振波長を
選択してレーザー発振させるようにしたものである。

【００４０】従って、本発明のうち請求項５に記載の発
明によれば、第１の音響波の入力強度の変化による光音
響光学素子の温度変化が防止され、出射レーザー光が光
音響光学素子の温度変化による影響を受ける恐れを排除
することができる。

【００４１】ここで、上記制御手段は、本発明のうち請
求項６に記載の発明のように、上記第１の音響波の入力
強度値を、上記第１の音響波の周波数に応じて所望の強
度でレーザー発振可能なように可変するものとすること
ができる。

【００４２】また、上記制御手段は、本発明のうち請求
項７に記載の発明のように、上記第１の音響波の入力強
度値をレーザー発振に最適な強度値とすることができ
る。

【００４３】

【００４４】即ち、光音響光学素子の音響波の吸収率と
熱への変換効率が、音響波の周波数により異なる可能性
がある。例えば、音響波の合計入力強度の最大値が１Ｗ
で、８０ＭＨｚでの熱変換効率が１３０ＭＨｚでの熱変
換効率の半分であったとする。ここで、第１の音響波の
周波数を８０ＭＨｚまたは１３０ＭＨｚとした場合にお
いて、第１の音響波の入力強度値をいずれの場合にも
０．５Ｗで制御する場合をそれぞれ検討すると、第１の
音響波の周波数が８０ＭＨｚの時に与える第２の音響波
の入力強度値は０．５Ｗで、第１の音響波の周波数が１
３０ＭＨｚのときの第２の音響波の入力強度値たる０．
２５Ｗの２倍の強度が必要となる。

【００４５】音響波の周波数ωにおける熱変換効率をｅ
(ω)、第１の音響波の周波数と入力強度とをそれぞれω
1、Ｉ1とし、第２の音響波の周波数と入力強度とをそれ
ぞれω2、Ｉ2とし、発生する熱量をｈとすると、 ｈ＝ｅ(ω1)×Ｉ1＋ｅ(ω2)×Ｉ2 において、発生する熱量ｈが一定となるようにＩ1とＩ2
との関係を保ちながらレーザーの制御を行うことが望ま
しい。

【００４６】ただし、任意のω1とω2とに対して、常に
ｅ(ω1)とｅ(ω2)とが近似的に等しい場合には、「Ｉ1
＋Ｉ2」を一定に保つことによって、レーザーの制御を
行うことができる。

【００４７】また、光音響光学素子の熱変換効率の周波
数依存性は、素子の大きさなどによっても変わるため、
第１の音響波の入力強度値と第２の音響波の入力強度値
との合計入力強度値は、第１の音響波の周波数に対し
て、任意の値で設定できることが好ましいものである。

【００４８】また、上記制御手段は、本発明のうち請求
項８に記載の発明のように、上記第２の音響波の周波数
を、レーザー発振不能な波長に対応する周波数帯域内に
おいて上記第１の音響波の周波数に対してうねりが生じ
ない値に保つように可変するものとすることができる。

【００４９】即ち、仮に第１の音響波の周波数と第２の
音響波の周波数とが非常に近いものであるならば、音響
波同士の相互作用によってうねりが生じることになる。
そして、こうしたうねりが生じた場合には、レーザーの
発振強度に悪影響を及ぼすことになる。

【００５０】また、第１の音響波の周波数と第２の音響
波の周波数とが離れている場合でも、うねりが生じる場
合がある。例えば、周波数が８０ＭＨｚと１２１ＭＨｚ
とである場合には、８０ＭＨｚの第２倍音である２４０
ＭＨｚと１２１ＭＨｚの第１倍音である２４２ＭＨｚと
の間で相互作用が起きる場合が考えられる。

【００５１】このため、第２の音響波の周波数を、第１
の音響波の周波数に対してうねりが生じない値に保つよ
うにすると、レーザー発振強度に悪影響が出ないように
することができる。

【００５２】従って、制御手段は、第２の音響波の周波
数を、レーザー発振不能な周波数帯域内において第１の
音響波の周波数に依存して変化させることができること
が好ましいものである。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明によるレーザー発振制御方法およびその装置の実施
の形態の一例を詳細に説明するものとする。

【００５４】図３は、本発明によるレーザー発振制御装
置の実施の形態の一例を示す概略構成説明図であり、図
１に示した従来のレーザー発振制御装置の構成と同一ま
たは相当する構成に関しては、理解を容易にするため
に、同一の符号を付して示すものとする。

【００５５】このレーザー発振制御装置においては、従
来のレーザー発振制御装置と同様に、所定の透過性を有
する出射ミラー１１２と全反射ミラー１１０とよりレー
ザー共振器が構成されている。

【００５６】そして、レーザー共振器内には、波長可変
レーザーのレーザー媒質としてのＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザ
ー結晶１４と、波長選択用の光音響光学素子としての光
音響光学結晶１００と、回折光補正用プリズム２８と
が、出射側ミラー１１２から全反射ミラー１１０側へ向
けて順次配設されている。

【００５７】光音響光学結晶１００には、音響波入力手
段として、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４がレーザー
発振可能な波長に対応する第１ＲＦ周波数（例えば、８
０ＭＨｚ〜１３０ＭＨｚである。）を発生可能な第１Ｒ
Ｆ電源１０と、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４がレー
ザー発振不能な波長に対応する第２ＲＦ周波数（例え
ば、６０ＭＨｚである。）を発生可能な第２ＲＦ電源１
２と、これら第１ＲＦ電源１０ならびに第２ＲＦ電源１
２により駆動される圧電素子２２が添着されている。

【００５８】従って、第１ＲＦ電源１０から入力された
第１ＲＦ周波数により圧電素子２２を駆動させて、圧電
素子２２に歪みを生じさせると、この圧電素子２２の歪
みに基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波（第１
音響波）が光音響光学結晶１００に入力されることにな
る。

【００５９】また、回折光補正用プリズム２８は、光音
響光学結晶１００から出射された回折光１０６を、波長
に関わらず常に一定の方向に出射するように構成されて
おり、全反射ミラー１１０は、回折光補正用プリズム２
８から出射された光を反射するように構成されている。

【００６０】そして、第１ＲＦ電源１０ならびに第２Ｒ
Ｆ電源１２には、第１ＲＦ電源１０ならびに第２ＲＦ電
源１２を制御するＲＦ電源制御装置１３が接続されてい
る。

【００６１】このＲＦ電源制御装置１３は、例えば、マ
イクロ・コンピューターにより動作の制御がなされるも
のである。このＲＦ電源制御装置１３の制御に基づい
て、第１ＲＦ電源１０から圧電素子２２に入力される第
１ＲＦ周波数ならびに第１ＲＦ入力強度が制御されると
ともに、第２ＲＦ電源１２から圧電素子２２に入力され
る第２ＲＦ周波数ならびに第２ＲＦ入力強度が制御され
るものである。

【００６２】ここで、第１ＲＦ電源１０から圧電素子２
２に入力される第１ＲＦ周波数ならびに第１ＲＦ入力強
度と、第２ＲＦ電源１２から圧電素子２２に入力される
第２ＲＦ周波数ならびに第２ＲＦ入力強度とは、以下に
示すようにして設定されるものである。

【００６３】即ち、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４に
おいて第１ＲＦ周波数に対応する光をレーザー発振させ
て出射レーザー光として取り出すものであるので、上記
したように、第１ＲＦ周波数は出射レーザー光の周波数
に対応するＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４においてレ
ーザー発振可能な周波数（例えば、８０ＭＨｚ〜１３０
ＭＨｚ）とし、第２ＲＦ周波数はＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザ
ー結晶１４においてレーザー発振不能な周波数（例え
ば、６０ＭＨｚである。）とする。ここで、第２ＲＦ周
波数は、一定値であってもよいし、適宜に可変するよう
にしてもよい。

【００６４】そして、第１ＲＦ入力強度は、第１ＲＦ周
波数のレーザー発振に最も適した強度に設定することが
好ましいが、第２ＲＦ入力強度は第１ＲＦ入力強度との
合計値（合計入力強度）が常に一定になるように制御さ
れるものである。

【００６５】即ち、第１ＲＦ入力強度と第２ＲＦ入力強
度との加算値は、常に予め設定された合計入力強度（例
えば、２Ｗである。）となるように制御されるものであ
る。なお、この合計入力強度の値は、ユーザーが適宜に
任意の値に設定することができる。

【００６６】以下、第１ＲＦ周波数、第２ＲＦ周波数、
第１ＲＦ入力強度ならびに第２ＲＦ入力強度をまとめる
と、次のようになる。

【００６７】（１）第１ＲＦ周波数・・・所望のレーザ
ー発振周波数（例えば、８０ＭＨｚ〜１３０ＭＨｚであ
る。） （２）第２ＲＦ周波数・・・レーザー発振不能な周波数
（例えば、６０ＭＨｚである。） （３）第１ＲＦ入力強度・・・第１ＲＦ周波数のレーザ
ー発振のための最適値（例えば、０〜２Ｗである。） （４）第ＲＦ２入力強度・・・合計入力強度から第１Ｒ
Ｆ入力強度を減算した減算値（０Ｗ〜２Ｗである。） なお、第１ＲＦ周波数により光音響光学結晶１００に入
力される音響波の周波数（第１の音響波の周波数）が与
えられ、第２ＲＦ周波数により光音響光学結晶１００に
入力される音響波の周波数（第２の音響波の周波数）が
与えられ、第１ＲＦ入力強度により光音響光学結晶１０
０に入力される音響波の入力強度（第１の音響波の入力
強度）が与えられ、第２ＲＦ入力強度により光音響光学
結晶１００に入力される音響波の入力強度（第２の音響
波の入力強度）が与えられる。

【００６８】以上の構成において、励起レーザー２４と
してＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：
Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４を励起する。また、出射側ミ
ラー１１２から出射させたい出射レーザー光の波長に応
じて、ＲＦ電源制御手段１４によって第１ＲＦ電源１０
にから入力される第１ＲＦ周波数を制御し、圧電素子２
２を駆動する。

【００６９】上記のようにすると、光音響光学結晶１０
０に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１４から出
射された広範囲の波長帯域の出射光のなかで、第１ＲＦ
電源１０により入力される第１ＲＦ周波数に応じた波長
の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光１
０６として光音響光学素子１００から出射されることに
なる。

【００７０】さらに、光音響光学結晶１００から所定の
方向に回折されて出射された回折光１０６は、回折光補
正用プリズム２８に入射され、一定の方向に出射され
る。そして、回折光補正用プリズム２８から出射された
光は、全反射ミラー１１０によって反射され、レーザー
共振器内を往復することになる。

【００７１】従って、第１ＲＦ電源１０により入力され
る第１ＲＦ周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレ
ーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から当該波長の
出射レーザー光のみを出射させることができる。

【００７２】ここで、上記したレーザー発振制御装置に
おいては、第１ＲＦ電源１０により第１ＲＦ周波数を入
力するとともに、第２ＲＦ電源１２によって第２ＲＦ周
波数を入力している。即ち、光音響光学結晶１００の波
長選択に用いる第１ＲＦ周波数の第１ＲＦ入力強度の変
動を打ち消すように、補償用ＲＦ入力として第２ＲＦ周
波数を第２ＲＦ入力強度で入力し、第１ＲＦ入力強度と
第２ＲＦ入力強度との合計値を常に一定に保つことで、
光音響光学結晶１００の熱的変動押さえるようになされ
ている。

【００７３】即ち、このレーザー発振制御装置において
は、光音響光学結晶１００の超音波吸収による発生熱を
波長掃引時にも一定とするために、超音波吸収による発
熱を利用して常に光音響光学結晶１００を外気と熱平衡
状態におくようにしているものである。

【００７４】つまり、第１ＲＦ入力強度を「Ｉ1」と
し、第２ＲＦ入力強度を「Ｉ2」とし、合計入力強度を
「Ｉtotal」とすると、ＲＦ電源制御手段１４によりレ
ーザー発振していないときも（Ｉ1＝０）、常に光音響
光学結晶１００が熱平衡状態にあるように、「Ｉ2＝Ｉt
otal」となるようにＲＦ電源制御手段１４により第２Ｒ
Ｆ電源１２を制御する。そして、ＲＦ電源制御手段１４
によりレーザー発振しているときも（Ｉ1≠０）、常に
光音響光学結晶１００が熱平衡状態にあるように、「Ｉ
1＋Ｉ2＝Ｉtotal」となるようにＲＦ電源制御手段１４
により第１ＲＦ電源１０および第２ＲＦ電源１２を制御
するものである。

【００７５】なお、上記は基本原理であるが、「Ｉ2＝
Ｉtotal−Ｉ1」が必ずしも最適とは限らないため、「Ｉ
2」と「Ｉtotal−Ｉ1」とが略等しい値となるような範
囲で適宜調整することが好ましい。

【００７６】このようにして、光音響光学結晶１００に
入力される音響波強度が常に一定となるようにし、光音
響光学結晶１００の熱平衡状態を実現する。

【００７７】なお、光音響光学結晶１００の音響波の吸
収率と熱への変換効率が、音響波の周波数により異なる
可能性がある。例えば、音響波の合計入力強度の最大値
が１Ｗで、８０ＭＨｚでの熱変換効率が１３０ＭＨｚで
の熱変換効率の半分であったとする。ここで、第１ＲＦ
周波数を８０ＭＨｚまたは１３０ＭＨｚとした場合にお
いて、第１ＲＦ入力強度をいずれの場合にも０．５Ｗで
制御する場合をそれぞれ検討すると、第１ＲＦ周波数が
８０ＭＨｚの時に与える第２ＲＦ入力強度は０．５Ｗ
で、第１ＲＦ周波数が１３０ＭＨｚのときの第２ＲＦ入
力強度たる０．２５Ｗの２倍の強度が必要となる。

【００７８】音響波の周波数ωにおける熱変換効率をｅ
(ω)、第１ＲＦ周波数と第１ＲＦ入力強度とをそれぞれ
ω1、Ｉ1とし、第２ＲＦ周波数と第２ＲＦ入力強度とを
それぞれω2、Ｉ2とし、発生する熱量をｈとすると、 ｈ＝ｅ(ω1)×Ｉ1＋ｅ(ω2)×Ｉ2 において、発生する熱量ｈが一定となるようにＩ1とＩ2
との関係を保ちながらレーザーの制御を行うことが望ま
しい。

【００７９】ただし、任意のω1とω2とに対して、常に
ｅ(ω1)とｅ(ω2)とが近似的に等しい場合には、「Ｉ1
＋Ｉ2」を一定に保つことによって、レーザーの制御を
行うことができる。

【００８０】また、光音響光学結晶１００の熱変換効率
の周波数依存性は、素子の大きさなどによっても変わる
ため、第１ＲＦ入力強度と第２ＲＦ入力強度との合計入
力強度は、第１ＲＦ周波数に対して、任意の値で設定で
きることが好ましいものである。

【００８１】また、仮に第１ＲＦ周波数と第２ＲＦ周波
数とが非常に近いものであるならば、音響波同士の相互
作用によってうねりが生じることになる。そして、こう
したうねりが生じた場合には、レーザーの発振強度に悪
影響を及ぼすことになる。

【００８２】さらに、第１ＲＦ周波数と第２ＲＦ周波数
とが離れている場合でも、うねりが生じる場合がある。
例えば、周波数が８０ＭＨｚと１２１ＭＨｚとである場
合には、８０ＭＨｚの第２倍音である２４０ＭＨｚと１
２１ＭＨｚの第１倍音である２４２ＭＨｚとの間で相互
作用が起きる場合が考えられる。

【００８３】このため、第２ＲＦ周波数を、第１ＲＦ周
波数に対してうねりが生じない値に保つようにすると、
レーザー発振強度に悪影響が出ないようにすることがで
きる。

【００８４】従って、第２ＲＦ周波数は、レーザー発振
不能な周波数帯域内において第１ＲＦ周波数に依存して
変化させることが好ましいものである。

【００８５】ここで、図４のグラフに示すように、この
レーザー発振制御装置を用いない場合（実線で示す「温
度制御前」の場合）には、光音響光学結晶へ入力される
音響波の入力強度の変化による光音響光学結晶の温度変
化の影響が表れているが、このレーザー発振制御装置を
用いた場合（破線で示す「温度制御後」の場合）には、
光音響光学結晶へ入力される音響波の入力強度の変化に
よる光音響光学結晶の温度変化の影響が全く表れていな
い。

【００８６】なお、実際の波長掃引法としては、補償用
の第２ＲＦ電源１２の入力条件は事前に各波長毎に実験
的に最適化して求めてテーブルを作り、当該テーブルを
参照しながらレーザー発振を最適化して制御すればよ
い。

【００８７】従って、上記した実施の形態によれば、以
下に示す（１）〜（３）の効果が得られるものである。

【００８８】（１）光音響光学結晶自体が発熱するの
で、熱伝導率に関係なく素子中の温度分布を一定にでき
る。

【００８９】（２）熱交換の速度に関係なく、与える熱
量を高速に変化させることができる。

【００９０】（３）フィードバックでなく、能動的に温
度管理を行うために、タイミングのずれがなく、ＲＦ入
力強度の変動をカバーできる。

【００９１】なお、上記した実施の形態においては、補
正用プリズムを設けたがこれを設けなくてもよいことは
勿論である。

【００９２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、光音響光学素子へ入力される音響波の入力
強度の変化による光音響光学素子の温度変化を確実に防
止することができ、出射レーザー光が光音響光学素子の
温度変化による影響を受けることがなくなるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のレーザー発振制御装置の概略構成説明図
である。

【図２】光音響光学結晶に入力される音響波強度の変化
と出射レーザー光の出力強度の変化との関係を示すグラ
フである。

【図３】本発明によるレーザー発振制御装置の実施の形
態の一例を示す概略構成説明図である。

【図４】本発明の効果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 第１ＲＦ電源 １２ 第２ＲＦ電源 １３ ＲＦ電源制御装置 １４ Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶 ２２ 圧電素子 ２４ 励起レーザー光 ２８ 回折光補正用プリズム １０６ 回折光 １００ 光音響光学結晶 １１０ 全反射ミラー １１２ 出射ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田代 英夫 宮城県仙台市青葉区長町字越路19−1399 理化学研究所 フォトダイナミクス研 究センター内 (56)参考文献 特開 平９−172215（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−297329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−95510（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−82182（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−17381（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−166567（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−273705（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−65769（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 4/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー共振器内に第１の音響波を入力
   された複屈折性の光音響光学素子を配置し、所定範囲の
   波長域においてレーザー発振可能なレーザー媒質からの
   出射光を前記光音響光学素子に入射し、前記光音響光学
   素子への入射光のうち前記第１の音響波の周波数に応じ
   た波長の光を、回折光として前記光音響光学素子から出
   射して前記レーザー共振器内を往復させることにより、
   前記第１の音響波の周波数に応じてレーザー発振波長を
   選択してレーザー発振させるレーザー発振制御方法にお
   いて、 前記光音響光学素子に対して前記第１の音響波と同時に
   第２の音響波を入力し、 前記第１の音響波の周波数はレーザー発振可能な波長に
   対応する周波数とし、 前記第２の音響波の周波数はレーザー発振不能な波長に
   対応する周波数とし、 前記第１の音響波の入力強度値は前記第１の音響波の周
   波数によりレーザー発振可能な入力強度値とし、 前記第１の音響波と前記第２の音響波とによって前記光
   音響光学素子に発生する熱量が、前記第１の周波数によ
   らず一定となるように、前記第２の音響波の入力強度を
   設定するものであるレーザー発振制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザー発振制御方法
   において、 前記第１の音響波の入力強度値は、前記第１の音響波の
   周波数に応じて所望の強度でレーザー発振可能なように
   可変されるものであるレーザー発振制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレーザー発振制御方法
   において、 前記第１の音響波の入力強度値は、レーザー発振に最適
   な強度値であるレーザー発振制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３のいずれか１項に
   記載のレーザー発振制御方法において、 前記第２の音響波の周波数は、レーザー発振不能な波長
   に対応する周波数帯域内において前記第１の音響波の周
   波数に対してうねりが生じない値に保つように可変され
   るものであるレーザー発振制御方法。
5. 【請求項５】 対向する所定の反射率を有するミラーに
   より構成されるレーザー共振器と、 前記レーザー共振器内に配設された所定範囲の波長域に
   おいてレーザー発振可能な波長可変レーザー媒質と、 前記レーザー共振器内に配設され、前記波長可変レーザ
   ー媒質からの出射光が入射される複屈折性の光音響光学
   素子と、 第１の音響波を生成して前記光音響光学素子へ入力する
   第１の音響波入力手段と、 第２の音響波を生成して前記光音響光学素子へ入力する
   第２の音響波入力手段と、 前記第１の音響波入力手段および前記第２の音響波入力
   手段を制御して、前記第１の音響波入力手段にレーザー
   発振可能な波長に対応する周波数ならびに入力強度値を
   備えた前記第１の音響波を生成させ、前記第２の音響波
   入力手段にレーザー発振不能な波長に対応する周波数な
   らびに前記第１の音響波と前記第２の音響波とによって
   前記光音響光学素子に発生する熱量が前記第１の周波数
   によらず一定となる入力強度を備えた前記第２の音響波
   を生成させ、前記光音響光学素子に対して前記第１の音
   響波と同時に前記第２の音響波を入力させる制御手段と
   を有し、 前記光音響光学素子への入射光のうち前記第１の音響波
   の周波数に応じた波長の光を、回折光として前記光音響
   光学素子から出射して前記レーザー共振器内を往復させ
   ることにより、前記第１の音響波の周波数に応じてレー
   ザー発振波長を選択してレーザー発振させるものである
   レーザー発振制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のレーザー発振制御装置
   において、 前記制御手段は、前記第１の音響波の入力強度値を、前
   記第１の音響波の周波数に応じて所望の強度でレーザー
   発振可能なように可変するものであるレーザー発振制御
   装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載のレーザー発振制御装置
   において、 前記制御手段は、前記第１の音響波の入力強度値をレー
   ザー発振に最適な強度値とするものであるレーザー発振
   制御装置。
8. 【請求項８】 請求項５、６または７のいずれか１項に
   記載のレーザー発振制御装置において、 前記制御手段は、前記第２の音響波の周波数を、レーザ
   ー発振不能な波長に対応する周波数帯域内において前記
   第１の音響波の周波数に対してうねりが生じない値に保
   つように可変するものであるレーザー発振制御装置。