JP3718050B2

JP3718050B2 - レーザ光制御装置及び方法

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Publication number: JP3718050B2
Application number: JP09957198A
Authority: JP
Inventors: 元伸興梠; 元一大津
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: JPH11295773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光の周波数を制御するとともに位相の同期も制御するレーザ光制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光の周波数を変化させる光位相同期装置１００では、図３に示すように、光源１０１と、光源１０２と、光検出器１０３と、位相弁別器１０４と、制御回路１０５とを備える。
【０００３】
この光位相同期装置１００は、光源から出射したレーザ光をミラー１０６，１０７を透過させて、光検出器１０３に入射させる。また、この光位相同期装置１００は、光線１０２から出射したレーザ光をミラー１０７を介して光検出器１０３に入射させる。
【０００４】
光検出器１０３は、入射された光源１０１からのレーザ光と光源１０２からのレーザ光との周波数差を示すビート信号を生成する。そして、このビート信号を位相弁別器１０４に出力する。
【０００５】
位相弁別器１０４は、光検出器１０３からのビート信号を用いて、光源１０１からのレーザ光と光源１０２からのレーザ光との位相差を検出する。そして、この位相弁別器１０４は、検出した位相差に基づく信号を制御回路１０５に入力する。制御回路１０５は、位相弁別器１０４からの信号に基づいて光源１０１から出射するレーザ光の位相を制御する。これにより、光源１０１から出射されるレーザ光は、光源１０２から出射されるレーザ光との位相同期されるように制御されることとなる。
【０００６】
このように、従来の光位相同期装置１００は、光源１０１，１０２からのレーザ光を光検出器１０３に入射し、位相弁別器１０４、制御回路１０５を用いて光源１０１で生成するレーザ光の位相を制御していた。そして、この光位相同期装置１００は、光源１０１から出射されるレーザ光の位相が制御された状態でミラー１０６を介して出力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の光位相同期装置１００は、レーザ光の位相変化を高速で制御することが必要とされている。
【０００８】
しかし、この光位相同期装置１００では、上述のように、光源１０１から出射したレーザ光を光検出器１０３、位相弁別器１０４及び制御回路１０５を介して光源１０１にフィードバックしているために、ループ内遅延時間によりレーザ光の制御帯域が制限される。このようにレーザ光の制御帯域が制限されると、良好なレーザ光の変調特性や、雑音特性が得られないという不都合がある。
【０００９】
また、上述の光位相同期装置１００では、フィードバック制御で位相を調整しているので、ループを構成することによりサイクルスリップの発生がするという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、フィードバック制御を行うようなことなく、レーザ光の周波数を制御するとともに、位相をも制御することができるレーザ光制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する本発明に係るレーザ光制御装置は、周波数ｆ１を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、上記第１のレーザ光の位相を同期させるときの基準となり周波数ｆ２を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、周波数ｆ１と周波数ｆ２との周波数差分を示すビート信号を生成する光検出手段と、上記光検出手段からの信号に基づいて上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換するとともに、位相を制御する周波数シフト手段と、上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御して、上記光検出手段で生成したビート信号を用いて周波数ｆ２と周波数ｆ１との大小を判定し、その判定結果に応じて第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御することで、周波数ｆ１と周波数ｆ２との大小関係を所望の大小関係に制御するとともに上記周波数シフト手段の動作範囲内となるように周波数ｆ１を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
このレーザ光制御装置では、判定結果に応じて第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御することで、周波数ｆ１と周波数ｆ２との大小関係を所望の大小関係にして、周波数シフト手段により上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換するとともに、位相を制御する。
【００１３】
また、本発明に係るレーザ光制御方法は、第１のレーザ光の周波数ｆ１と、上記第１のレーザ光の位相を同期させるときの基準となる第２のレーザ光の周波数ｆ２との周波数差分を示すビート信号を生成し、上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御して、上記ビート信号を用いて周波数ｆ２と周波数ｆ１との大小を判定し、その判定結果に応じて第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御することで、周波数ｆ１と周波数ｆ２との大小関係を所望の大小関係に制御するとともに、第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換する音響光学素子の動作範囲内となるように周波数ｆ１を制御し、音響光学素子に第１のレーザ光を入射するとともに周波数ｆ１が制御されることにより大小関係が制御されたビート信号を出力して、上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換するとともに、位相を制御することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
本実施の形態に係るレーザ光制御装置１は、図１に示すように、第１のレーザ光を出射する第１の光源２と、第２のレーザ光を出射する第２の光源３と、第１のレーザ光及び第２のレーザ光が入射される光検出器４と、光検出器４で生成したビート信号が供給されるミキサ５と、ミキサ５からのビート信号及び第２のレーザ光が入射される周波数シフタ６と、光検出器４からビート信号が供給される制御回路７とを備える。
【００１６】
第１の光源２は、例えばレーザダイオードからなり、周波数がｆ１の第１のレーザ光Ｌ１を出射する。この第１の光源２は、被制御対象である第１のレーザ光Ｌ１を出射する。この第１の光源２からのレーザ光Ｌ１は、ハーフミラー８に入射され、レーザ光Ｌ２とレーザ光Ｌ３とに分割される。そして、レーザ光Ｌ２は周波数シフタ６に入射され、レーザＬ３はハーフミラー９に入射される。そして、ハーフミラー９に入射されたレーザ光Ｌ３は透過されて、光検出器４に入射される。
【００１７】
第２の光源３は、周波数がｆ２の第２のレーザＬ４光を出射する。このレーザ光Ｌ４は、ハーフミラー９に反射されて、光検出器４に入射される。この第２の光源３から出射される第２のレーザ光Ｌ４は、後述するが、第１のレーザ光Ｌ１の位相を同期させるときに基準となるレーザ光である。また、この第２の光源３から出射されるレーザ光Ｌ４は、周波数が任意に選択されて出射される。
【００１８】
このように、光検出器４は、第１の光源２及び第２の光源３から出射されたレーザ光Ｌ３，Ｌ４が入射される。この光検出器４は、周波数がｆ１のレーザ光Ｌ３と、周波数がｆ２のレーザ光Ｌ４とからビート信号を検出する。このビート信号は、レーザ光Ｌ３とレーザ光Ｌ４との差分を絶対値化した信号であり、｜ｆ２−ｆ１｜の周波数を有する電気的信号である。また、光検出器４は、レーザ光Ｌ３とレーザ光Ｌ４との差分を示すビート信号を制御回路７に供給する。
【００１９】
ミキサ５は、基準発振器で生成された周波数Ｆの信号が供給されるとともに、光検出器４からビート信号が供給される。このミキサ５は、入力された光検出器４からのビート信号を
｜ｆ２−ｆ１｜＋Ｆ
の周波数として周波数シフタ６に出力する。このミキサ５に供給される信号の周波数Ｆは、例えばユーザにより指定されて決定される。また、このミキサ５に供給される信号は、このようにビート信号の周波数をシフトし、オフセット周波数として機能する。
【００２０】
また、この周波数Ｆの値は、ユーザからの指定により可変とされる。例えばユーザからの指定により周波数Ｆが「０」と指定された場合には、ミキサ５には基準発振器からの信号が供給されないこととなる。このとき、ミキサ５は、ビート信号と基準発振器からの信号を加算せずに、ビート信号を周波数シフタ６に供給する。すなわち、周波数Ｆを「０」とするときには、ビート信号は、ミキサ５を通過しないで直接周波数シフタ６に供給する。
【００２１】
また、ミキサ５は、基準発振器からの周波数Ｆをビート信号に加算処理して｜ｆ２−ｆ１｜＋Ｆの周波数を有する信号として出力する一例に限られず、周波数Ｆとビート信号とを減算処理することで
−｜ｆ２−ｆ１｜＋Ｆ又は｜ｆ２−ｆ１｜−Ｆ
の周波数を有する信号として出力しても良い。
【００２２】
周波数シフタ６は、例えば入力されたレーザ光の周波数及び位相の変動に対して正確に追従する音響光学素子を有してなる。周波数シフタ６は、ミキサ５からの信号を入力する。この周波数シフタ６は、ミキサ５からの信号に応じて内部に超音波を発生させる。
【００２３】
制御回路７は、周波数シフタ６内の音響光学素子を動作範囲内で動作させるために、第１の光源２から出射されるレーザ光Ｌ₁の周波数を大まかに制御する。なお、制御回路７による第１の光源２の制御は、音響光学素子の動作範囲が少なくとも１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるので、簡便な制御でよい。また、制御回路７は、制御信号に従って第１の光源２から出射されたレーザ光Ｌ１によってミキサ５からの周波数が周波数シフタ６の動作範囲外とならないように、波長測定制御装置等を備えていても良い。
【００２４】
制御回路７は、光検出器４からのレーザ光Ｌ３とレーザ光Ｌ４との差分を示すビート信号を用いて、レーザ光Ｌ３とレーザ光Ｌ４との差分（ｆ２−ｆ１）が正値を示すか、負値を示すかを判定する。すなわち、この制御回路７は、周波数ｆ２が周波数ｆ１よりも大きいか否かを判断する。この制御回路７は、判定した結果を用いて、制御信号を生成する。
【００２５】
つぎに、レーザ光制御装置１の動作について説明する。なお、以下の動作の説明では、ミキサ５によりビート信号の周波数｜ｆ２−ｆ１｜と周波数Ｆとが加算処理され、周波数シフタ６に｜ｆ２−ｆ１｜＋Ｆの周波数を有する信号が供給されるときの一例について説明するが、ミキサ５で減算処理がなされた場合であっても、以下に示す動作と同様の動作を行う。
【００２６】
ここで、制御回路７には、例えばユーザからの命令が入力される。この制御回路７には、周波数シフタ６から出射するレーザ光Ｌ５の周波数をｆ２＋Ｆ又はｆ２−Ｆとする命令が入力される。そして、この制御回路７は、ユーザからの命令及び判定結果を用いて、第１の光源２から出射するレーザ光Ｌ１の周波数ｆ１を制御する制御信号を生成する。このとき、制御回路７は、周波数シフタ６の動作範囲内となるようにレーザ光Ｌ１の周波数を制御する制御信号を生成することで、第１の光源２から出射されるレーザ光Ｌ１の周波数ｆ１を制御する。
【００２７】
制御回路７は、ｆ２−ｆ１が正値を有することを示す判定結果を得たときであって、ｆ２＋Ｆとする命令が入力されたときには、第１の光源２から出射するレーザ光の周波数ｆ１は変化させない。そして、このレーザ光制御装置１は、第１の光源２からのレーザ光Ｌ２の周波数ｆ１にミキサ５からの信号が示す周波数を加算して出射するように制御する。
【００２８】
また、制御回路７は、ｆ２−ｆ１が正値を有することを示す判定結果を得たときであって、ｆ２−Ｆとする命令が入力されたときには、第１の光源２から出射するレーザ光Ｌ１の周波数ｆ１を第２の光源３から出射されるレーザ光Ｌ４の周波数ｆ２よりも大きくするような制御信号を生成して第１の光源２に出力する。その結果、ｆ２−ｆ１が負値を有するようになり、レーザ光Ｌ２の周波数ｆ１からミキサ５からの信号が示す周波数を減算し、周波数シフタ６を通過したレーザ光Ｌ５はｆ２−Ｆの周波数となされて出射される。
【００２９】
また、制御回路７は、ｆ２−ｆ１が負値を有することを示す判定結果を得たときであって、ｆ２＋Ｆとする命令が入力されたときには、第１の光源２から出射するレーザ光Ｌ１の周波数ｆ１を第２の光源３から出射されるレーザ光Ｌ４の周波数ｆ２よりも小さくするような制御信号を生成して第１の光源２に出力する。その結果、ｆ２−ｆ１が正値を有するようになり、レーザ光Ｌ２の周波数ｆ１にミキサ５からの信号が示す周波数を加算し、周波数シフタ６を通過したレーザ光Ｌ５はｆ２＋Ｆの周波数となされて出射される。
【００３０】
また、制御回路７は、ｆ２−ｆ１が負値を有することを示す判定結果を得たときであって、ｆ２−Ｆとする命令が入力されたときには、第１の光源２から出射するレーザ光Ｌ１の周波数ｆ１は変化させない。そして、このレーザ光制御装置１は、第１の光源２からのレーザ光Ｌ２の周波数ｆ１にミキサ５からの信号が示す周波数を減算して出射するように制御する。その結果、周波数シフタ６を通過したレーザ光Ｌ５は、ｆ２−Ｆの周波数となされて出射される。
【００３１】
ここで、周波数シフタ６から出射されるレーザ光Ｌ５は、周波数がｆ２±Ｆとなされていることから、第２の光源３から出射されたレーザ光Ｌ４にミキサ５から信号により周波数がシフトされて出射される。したがって、このレーザ光Ｌ５は、第２の光源３から出射されたレーザ光Ｌ４に応じた位相となされている。
【００３２】
また、例えば第１の光源２から出射されるレーザ光Ｌ１の周波数が変動しても、周波数シフタ６は、音響光学素子が動作する範囲に周波数｜ｆ２−ｆ１｜＋Ｆが存在すれば、レーザ光Ｌ１の周波数が変化しても、第２の光源３からのレーザ光Ｌ４に応じた周波数のレーザ光Ｌ５を出射させることができる。
【００３３】
したがって、このレーザ光制御装置１によれば、フィードフォワード制御によりレーザ光Ｌ１の周波数及び位相を制御しているので、第１の光源２及び第２の光源３を制御することなく、周波数シフタ６から出射するレーザ光Ｌ５の周波数及び位相を制御することができる。さらに、このレーザ光制御装置１では、レーザ光Ｌ５をフィードバックして周波数シフタ６から出射するレーザ光の周波数を制御する必要がなく、ループ回路を構成することで発生するサイクルスリップを生じさせるようなことがない。
【００３４】
なお、図１に示したレーザ光制御装置１においては制御回路７により第１の光源２を制御するときにフィードバック制御を行っているが、このフィードバック制御は、高速に行う必要のない補助的な制御である。このレーザ光制御装置１は、主としてフィードフォワード制御によりレーザ光の位相の制御を行っている。
【００３５】
また、上述のレーザ光制御装置１において、広い帯域の周波数シフタ６を用いることにより、レーザ光の周波数を広帯域に亘って制御することができる。また、このレーザ光制御装置１において、光検出器４でビート信号を検出してから周波数シフタ６まで信号を伝搬することにより生ずる伝送遅延と、第１の光源２からレーザ光Ｌ１を出射してから周波数シフタ６に到達することにより生ずる伝送遅延を調整することにより、レーザ光の周波数をさらに広帯域に亘って制御することができる。
【００３６】
具体的には、周波数シフタ６として、例えば、電気光学素子を用いることにより、上述の周波数シフタ６の一例として挙げた音響光学素子が０〜１００ＭＨｚ程度の範囲で周波数制御が可能であることに対して、数十ＧＨｚオーダーの範囲内で周波数制御をすることができる。このとき、電気光学素子から出射したレーザ光Ｌ５のうち中心周波数の高域側又は低域側に発生するサイドバンドを用いることとなる。また、周波数シフタ６として電気光学素子を用いることにより、音響光学素子を用いる場合と比較して、より高速に位相及び周波数制御を行うことができる。
【００３７】
また、このレーザ光制御装置１において、ミキサ５によりビート信号の周波数と周波数Ｆとを減算処理した信号を周波数シフタ６に供給したときには、制御回路７は、ユーザからの命令に応じて第１の光源２を制御することにより、周波数ｆ１と周波数ｆ２との大小関係を制御して、周波数シフタ６から出射するレーザ光を制御する。
【００３８】
つぎに、レーザ光制御装置の他の一例について説明する。このレーザ光制御装置１０は、図２に示すように、上述のレーザ光制御装置１とほぼ同様の構成を有するが、ハーフミラー８，９間に配された波長変換器１１、光検出器４からのビート信号が供給される周波数変換器１２を備え、ミキサ５を備えない点で異なる。なお、以下のレーザ光制御装置１０の説明は、上述の図１に示したレーザ光制御装置１と同一部分については、同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００３９】
波長変換器１１は、ハーフミラー８を通過したレーザ光Ｌ３が入射される。この波長変換器１１は、レーザ光Ｌ３の波長を変化させることにより、レーザ光Ｌ３の周波数をＮ倍としてＮｆ１の周波数を有するレーザ光とする。このとき、波長変換部１１は、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ３を加算する。ここで、周波数ｆ３は、波長変換器１１により波長変換を行う際に生成される光の周波数であり、例えばユーザによりその値が指定されるものであり、例えば正値、負値のいずれであっても良い。その結果、波長変換器１１から出射される光は、Ｎｆ１±ｆ３の周波数を有することとなる。なお、ユーザにより、周波数ｆ３の値が「０」と指定されたときには、周波数ｆ３は存在しないこととなる。
【００４０】
この波長変換器１１を通過したレーザ光は、ハーフミラー９を介して光検出器４に入射される。ここで、波長変換器１１におけるＮの値は、波長変換過程に依存して決定される。
【００４１】
周波数変換器１２は、例えばプリステーラを有し、光検出器４により生成されたビート信号が供給される。なお、光検出器４からのビート信号は、上述の波長変換器１１により波長変換された光に基づいて生成されたものである。すなわち、周波数変換器１２に供給されるビート信号は、｜ｆ２−Ｎｆ１−ｆ３｜の周波数を有する信号である。
【００４２】
周波数変換器１２は、光検出器４からのビート信号の周波数を変化させることにより、ビート信号の周波数を１／Ｎ倍する。この結果、周波数変換器１２は、ビート信号の周波数を｜ｆ２−Ｎｆ１−ｆ３｜／Ｎの周波数を有する信号とする。ここで、Ｎの値は、例えばユーザからの指定により正値であっても良く、負値であっても良い。但し、Ｎの値は、上述の波長変換器１１によりｆ３が「０」と指定されたときには、正値のみを取りうる。
【００４３】
また、周波数変換器１２は、ビート信号を１／Ｎ倍した信号と基準発振器からの周波数Ｆを加算・減算処理する機能も有している。すなわち、この周波数変換器１２は、｜ｆ２−Ｎｆ１−ｆ３｜／Ｎの周波数を有する信号に周波数Ｆを加算することにより、［｜ｆ２−Ｎｆ１−ｆ３｜／Ｎ］＋Ｆの周波数を有する信号とする。なお、周波数Ｆの値は、上述のミキサ５と同様に、例えばユーザにより指定される。また、周波数変換器１２は、加算処理又は減算処理を行うかも、ユーザにより選択されても良い。
【００４４】
以下に、周波数変換器１２で［｜ｆ２−Ｎｆ１｜／Ｎ］＋Ｆの信号を生成して周波数シフタ６に供給したときにおける制御回路７の動作について説明する。なお、以下の説明においては、説明の簡単のため、周波数ｆ３は、波長変換器１１に供給されるユーザからの指定により「０」とされ、周波数変換器１２でビート信号を１／Ｎ倍するときのＮの値を正値とし、１／Ｎ倍された信号と周波数Ｆとを加算処理したときの一例について説明する。
【００４５】
制御回路７は、ｆ２−Ｎｆ１が正値を有することを示す判定結果を得たときであって、（ｆ２／Ｎ）＋Ｆとする命令が入力されたときには、第１の光源２から出射するレーザ光の周波数ｆ１は変化させない。そして、このレーザ光制御装置１０は、第１の光源２からのレーザ光Ｌ２の周波数ｆ１に周波数変換器１２からの信号が示す周波数を加算して出射するように制御する。
【００４６】
また、制御回路７は、ｆ２−Ｎｆ１が正値を有することを示す判定結果を得たときであって、（ｆ２／Ｎ）−Ｆとする命令が入力されたときには、波長変換器１１から出射するレーザ光Ｌ１の周波数Ｎｆ１を第２の光源３から出射されるレーザ光Ｌ４の周波数ｆ２よりも大きくするような制御信号を生成して第１の光源２に出力する。その結果、ｆ２−Ｎｆ１が負値を有するようになり、レーザ光Ｌ２の周波数ｆ１から周波数変換器１２からの信号が示す周波数を減算し、周波数シフタ６を通過したレーザ光Ｌ５は（ｆ２／Ｎ）−Ｆの周波数となされて出射される。
【００４７】
また、制御回路７は、ｆ２−Ｎｆ１が負値を有することを示す判定結果を得たときであって、（ｆ２／Ｎ）＋Ｆとする命令が入力されたときには、波長変換器１１から出射するレーザ光Ｌ１の周波数Ｎｆ１を第２の光源３から出射されるレーザ光Ｌ４の周波数ｆ２よりも小さくするような制御信号を生成して第１の光源２に出力する。その結果、ｆ２−Ｎｆ１が正値を有するようになり、レーザ光Ｌ２の周波数ｆ１に周波数変換器１２からの信号が示す周波数を加算し、周波数シフタ６を通過したレーザ光Ｌ５は（ｆ２／Ｎ）＋Ｆの周波数となされて出射される。
【００４８】
また、制御回路７は、ｆ２−Ｎｆ１が負値を有することを示す判定結果を得たときであって、（ｆ２／Ｎ）−Ｆとする命令が入力されたときには、レーザ光Ｌ１の周波数Ｎｆ１は変化させない。そして、このレーザ光制御装置１は、第１の光源２からのレーザ光Ｌ２の周波数ｆ１に周波数変換器１２からの信号が示す周波数を減算して出射するように制御する。
【００４９】
したがって、このレーザ光制御装置１０によれば、波長変換器１１，周波数変換器１２を備えることにより、（ｆ２／Ｎ）±Ｆの周波数を有するレーザ光を生成することができ、異なる波長に基づいてレーザ光Ｌ１の制御を行うことができる。
【００５０】
なお、上述したレーザ光制御装置１０の動作は、周波数ｆ３を「０」とし、周波数変換器１２でビート信号を１／Ｎ倍するときのＮの値を正値とし、１／Ｎ倍された信号と周波数Ｆとを加算処理したときの一例について説明したが、周波数ｆ３がユーザにより指定された場合、周波数変換器１２で１／Ｎが負値を有する場合、周波数変換器１２で減算処理がされた場合であっても上述と同様の処理を行う。すなわち、このレーザ光制御装置１０においては、各ユーザからの各パラメータの指定及び周波数シフタ６から出射するレーザ光の周波数を参照して、ビート信号が正値をとるか負値を取るかを判定し、第１の光源２から出射するレーザ光Ｌ１の周波数を制御することとなる。
【００５１】
なお、上述した本実施の形態に係るレーザ光発生装置１、１０に備えられている光源２，３は、例えば基本周波数を中心として所定の周波数間隔でサイドバンドを発生させるようなコムジェネレータであっても良い。このとき、レーザ光発生装置１，１０は、中心周波数から高周波側及び低周波側に存在しているいずれかの周波数のサイドバンドのうち、任意のモードのサイドバンドを基準光として用いて、周波数変換、位相同期を行っても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るレーザ光制御装置は、周波数シフト手段で生成したレーザ光を再び検出してレーザ光を制御する必要がなく、フィードフォワード制御でレーザ光の周波数を制御することができる。したがって、このレーザ光制御装置では、フィードバック制御を行うことにより生ずるループ内遅延により帯域を制限するようなことなくレーザ光の制御を行うことができる。また、このレーザ光制御装置によれば、第１のレーザ光の周波数をｆ２±Ｆとするように第１の光源を制御する制御手段を備えているので、第１のレーザ光を第２のレーザ光に応じて制御することができ、周波数を制御するとともに、位相をも高速かつ高精度に制御することができる。
【００５３】
また、本発明に係るレーザ光制御方法は、周波数を制御したレーザ光を再び検出して制御する必要がなく、フィードフォワード制御で周波数を制御することができる。したがって、このレーザ光制御方法は、フィードバック制御を行うことにより生ずるループ内遅延により帯域を制限するようなことなくレーザ光の制御を行うことができる。また、このレーザ光制御方法によれば、第１のレーザ光の周波数を第２のレーザ光に応じてｆ２±Ｆとするので、第１のレーザ光を第２のレーザ光に応じて制御することができ、周波数を制御するとともに、位相をも高速かつ高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るレーザ光制御装置を示す構成図である。
【図２】本実施の形態に係るレーザ光制御装置の他の一例を示す構成図である。
【図３】従来の光位相同期装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１レーザ光制御装置、２第１の光源、３第２の光源、４光検出器、５ミキサ、６周波数シフタ、７制御回路、１１波長変換器、１２周波数変換器

Claims

周波数ｆ１を有する第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
上記第１のレーザ光の位相を同期させるときの基準となり周波数ｆ２を有する第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
周波数ｆ１と周波数ｆ２との周波数差分を示すビート信号を生成する光検出手段と、
上記光検出手段からの信号に基づいて上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換するとともに、位相を制御する周波数シフト手段と、
上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御して、上記光検出手段で生成したビート信号を用いて周波数ｆ２と周波数ｆ１との大小を判定し、その判定結果に応じて第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御することで、周波数ｆ１と周波数ｆ２との大小関係を所望の大小関係に制御するとともに上記周波数シフト手段の動作範囲内となるように周波数ｆ１を制御する制御手段とを備えることを特徴とするレーザ光制御装置。
上記光検出手段で生成したビート信号に対して周波数Ｆだけシフトさせるシフト手段を備え、
上記周波数シフト手段は、上記シフト手段により上記ビート信号を周波数Ｆだけシフトさせた信号を用いて、上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換するとともに、位相を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ光制御装置。
上記第１のレーザ光の波長を変化させる波長変換手段と、上記光検出手段で生成されたビート信号の周波数を変化させる周波数変換手段とを備え、上記波長変換手段は、第１のレーザ光の周波数ｆ１を波長変換によりＮ倍して上記光検出手段に出力し、上記周波数変換手段は、上記波長変換手段でＮ倍されたレーザ光に基づく光検出手段からのビート信号の周波数を１／Ｎ倍し、上記周波数変換手段で周波数が１／Ｎ倍された信号を上記周波数シフト手段に出力することを特徴とする請求項１記載のレーザ光制御装置。
上記波長変換手段は、第１のレーザ光の周波数をＮ倍するとともに、異なる周波数ｆ３を有する光の周波数ｆ３を周波数Ｎｆ１に加算することを特徴とする請求項３記載のレーザ光制御装置。
第１のレーザ光の周波数ｆ１と、上記第１のレーザ光の位相を同期させるときの基準となる第２のレーザ光の周波数ｆ２との周波数差分を示すビート信号を生成し、
上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御して、上記ビート信号を用いて周波数ｆ２と周波数ｆ１との大小を判定し、その判定結果に応じて第１のレーザ光の周波数ｆ１を制御することで、周波数ｆ１と周波数ｆ２との大小関係を所望の大小関係に制御するとともに、第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換する音響光学素子の動作範囲内となるように周波数ｆ１を制御し、
音響光学素子に第１のレーザ光を入射するとともに周波数ｆ１が制御されることにより大小関係が制御されたビート信号を出力して、上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換するとともに、位相を制御することを特徴とするレーザ光制御方法。
上記ビート信号を周波数Ｆだけシフトさせた信号を用いて、上記音響光学素子により上記第１のレーザ光の周波数ｆ１を変換するとともに、位相を制御することを特徴とする請求項５記載のレーザ光制御方法。
第１のレーザ光の周波数ｆ１を波長変換によりＮ倍し、上記波長変換によりＮ倍されたレーザ光に基づくビート信号の周波数を１／Ｎ倍し、上記周波数が１／Ｎ倍された信号を上記音響光学素子に出力することを特徴とする請求項５記載のレーザ光制御方法。
第１のレーザ光の周波数をＮ倍するとともに、異なる周波数ｆ３を有する光の周波数ｆ３を周波数Ｎｆ１に加算することを特徴とする請求項７記載のレーザ光制御方法。