JP5763451B2 - Saturated absorption line determination method and laser frequency stabilization device - Google Patents

Saturated absorption line determination method and laser frequency stabilization device Download PDF

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Description

本発明は、飽和吸収線判定方法、及びレーザ周波数安定化装置に関する。   The present invention relates to a saturated absorption line determination method and a laser frequency stabilization device.

従来、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させてレーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, stabilization of the laser frequency by stabilizing the oscillation frequency of the laser light to a specific saturated absorption line by changing the resonator length based on the saturated absorption line included in the optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with the laser light An apparatus is known (see, for example, Patent Document 1).

図１３は、従来のレーザ周波数安定化装置１００を示すブロック図である。
レーザ周波数安定化装置１００は、図１３に示すように、レーザ発生部１０と、レーザ光検出部２０と、駆動制御部３０とを備える。
レーザ発生部１０は、波長808nmのレーザ光Ｌ１を放出する励起用半導体レーザ１１と、レーザ光Ｌ１を入力し、波長532nmのレーザ光Ｌ２を出力する共振波生成部１２とを備える。
共振波生成部１２は、誘導輻射から波長1064nmの光を発光するＮｄ：ＹＶＯ４結晶１２１、波長1064nmの光の一部を波長532nmの光とするＫＴＰ結晶（非線形光学結晶）１２２、レーザ光の特定周波数のみを透過させるエタロン１２３、波長1064nmの光を反射させ波長532nmの光を透過させる反射鏡１２４等の光学素子が共振器筐体１２５に収納された構成を有する。
そして、共振器筐体１２５内部にエタロン１２３を配設することで、シングルモードのレーザ光Ｌ２が得られる。
また、共振器筐体１２５内部には、電圧の印加により反射鏡１２４の位置を変更（共振器長を変更）するピエゾ素子等のアクチュエータ１２６が配設されている。 FIG. 13 is a block diagram showing a conventional laser frequency stabilization device 100.
As shown in FIG. 13, the laser frequency stabilization device 100 includes a laser generation unit 10, a laser light detection unit 20, and a drive control unit 30.
The laser generator 10 includes an excitation semiconductor laser 11 that emits a laser beam L1 having a wavelength of 808 nm, and a resonance wave generator 12 that receives the laser beam L1 and outputs a laser beam L2 having a wavelength of 532 nm.
The resonant wave generation unit 12 includes an Nd: YVO4 crystal 121 that emits light having a wavelength of 1064 nm from induced radiation, a KTP crystal (nonlinear optical crystal) 122 that uses a part of light having a wavelength of 1064 nm as light having a wavelength of 532 nm, and a laser light specification. An optical element such as an etalon 123 that transmits only a frequency and a reflecting mirror 124 that reflects light having a wavelength of 1064 nm and transmits light having a wavelength of 532 nm is housed in a resonator casing 125.
Then, by providing the etalon 123 inside the resonator casing 125, a single mode laser beam L2 can be obtained.
Also, an actuator 126 such as a piezo element that changes the position of the reflecting mirror 124 (changes the resonator length) by applying a voltage is disposed inside the resonator casing 125.

レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ２を、λ／２板２１を透過させた後、第１偏光ビームスプリッタ２２で、測長等に使用するレーザ光Ｌ３と、後述する飽和吸収線探索処理（以下、探索処理）及びレーザ光発振周波数固定処理（以下、周波数固定処理）に使用するレーザ光Ｌ４に分離する。
また、レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ４を、第２偏光ビームスプリッタ２３、λ／４板２４、及びヨウ素セル（吸収セル）２５を透過させた後、反射鏡２６にてヨウ素セル２５に向けて反射させる。
そして、レーザ光検出部２０は、レーザ光Ｌ４を、再度、ヨウ素セル２５及びλ／４板２４を通過させた後、第２偏光ビームスプリッタ２３にて変換装置としての光検出器２７に向けて反射させ、光検出器２７にて光電変換することで光出力信号Ｓ１を出力する。 The laser beam detection unit 20 transmits the laser beam L2 through the λ / 2 plate 21, and then the first polarization beam splitter 22 uses the laser beam L3 used for length measurement and the saturation absorption line search process (described later). Hereinafter, the laser beam is separated into a laser beam L4 used for a search process) and a laser light oscillation frequency fixing process (hereinafter, frequency fixing process).
Further, the laser light detection unit 20 transmits the laser light L4 through the second polarization beam splitter 23, the λ / 4 plate 24, and the iodine cell (absorption cell) 25, and then enters the iodine cell 25 with the reflecting mirror 26. Reflect toward you.
The laser light detection unit 20 passes the laser light L4 again through the iodine cell 25 and the λ / 4 plate 24, and then directs the laser light L4 toward the light detector 27 as a conversion device by the second polarization beam splitter 23. The light output signal S1 is output by reflecting and photoelectrically converting the light by the photodetector 27.

図１４は、光出力信号Ｓ１及び２次微分信号Ｓ２を示す図である。
なお、図１４（Ａ）は、各信号Ｓ１，Ｓ２の出力値を縦軸とし、アクチュエータ１２６への出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での各信号Ｓ１，Ｓ２の波形をそれぞれ示す図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の領域Ａｒの２次微分信号Ｓ２を拡大した図である。
図１４（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖを幅広く走査すると、吸収線Ｍ１〜Ｍ４（以下、説明の便宜上、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４と記載）が周期的に繰り返して観測されることがわかる。なお、ピーク群Ｍ１とピーク群Ｍ３とは同一のピーク群であり、ピーク群Ｍ２とピーク群Ｍ４とは同一のピーク群である。
ここで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４は、飽和吸収線群が束となったものである。例えば、ピーク群Ｍ２は、図１４（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖの低い側から順に、飽和吸収線群Ｎ１（飽和吸収線ａ１）と、飽和吸収線群Ｎ２（飽和吸収線ａ２〜ａ５）と、飽和吸収線群Ｎ３（飽和吸収線ａ６〜ａ９）と、飽和吸収線群Ｎ４（飽和吸収線ａ１０）と、飽和吸収線群Ｎ５（飽和吸収線ａ１１〜ａ１４）と、飽和吸収線群Ｎ６（飽和吸収線ａ１５）とで構成されている。 FIG. 14 is a diagram illustrating the optical output signal S1 and the second-order differential signal S2.
In FIG. 14A, the output value of each signal S1, S2 is the vertical axis, the output voltage V to the actuator 126 is the horizontal axis, and the output voltage V is changed (the resonator length is changed). FIG. 6 is a diagram illustrating waveforms of signals S1 and S2 in the case of FIG. FIG. 14B is an enlarged view of the secondary differential signal S2 in the region Ar of FIG.
As shown in FIG. 14A, when the output voltage V is scanned widely, absorption lines M1 to M4 (hereinafter referred to as peak groups M1 to M4 for convenience of explanation) are observed periodically and repeatedly. . The peak group M1 and the peak group M3 are the same peak group, and the peak group M2 and the peak group M4 are the same peak group.
Here, the peak groups M <b> 1 to M <b> 4 are bundles of saturated absorption line groups. For example, as shown in FIG. 14B, the peak group M2 includes a saturated absorption line group N1 (saturated absorption line a1) and a saturated absorption line group N2 (saturated absorption lines a2 to 2) in order from the lower output voltage V. a5), saturated absorption line group N3 (saturated absorption lines a6 to a9), saturated absorption line group N4 (saturated absorption line a10), saturated absorption line group N5 (saturated absorption lines a11 to a14), and saturated absorption line Group N6 (saturated absorption line a15).

駆動制御部３０は、光出力信号Ｓ１に基づいて、アクチュエータ１２６の動作を制御し（共振器長を調整し）、発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させる。
具体的に、駆動制御部３０では、自動ロック装置３１の制御信号により、アクチュエータ制御部３２がアクチュエータ駆動回路３３を制御する（アクチュエータ駆動回路３３に出力する電圧値Ｖ´を調整する）ことで、アクチュエータ１２６への出力電圧Ｖを変更する。
なお、駆動制御部３０は、上述した構成３１〜３３の他、周波数１ｆ、２ｆ、３ｆＨｚの信号を出力する変復調信号発生器３４と、アクチュエータ駆動回路３３にて周波数１ｆＨｚの信号に基づき変調されたレーザ光Ｌ２の励起により得られる光出力信号Ｓ１を周波数２ｆ、３ｆＨｚでそれぞれ変調し、２次，３次微分信号Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ出力する生成装置としての２次，３次微分用ロックインアンプ３５，３６を備える。 The drive control unit 30 controls the operation of the actuator 126 (adjusts the resonator length) based on the optical output signal S1, and stabilizes the oscillation frequency to a specific saturated absorption line.
Specifically, in the drive control unit 30, the actuator control unit 32 controls the actuator drive circuit 33 (adjusts the voltage value V ′ output to the actuator drive circuit 33) by the control signal of the automatic lock device 31. The output voltage V to the actuator 126 is changed.
In addition to the configurations 31 to 33 described above, the drive control unit 30 is modulated based on the signal of frequency 1 fHz by the modulation / demodulation signal generator 34 that outputs signals of frequencies 1f, 2f, and 3 fHz, and the actuator drive circuit 33. Second- and third-order differential lock-in amplifiers as generators that modulate the optical output signal S1 obtained by excitation of the laser light L2 at frequencies 2f and 3fHz, respectively, and output the second- and third-order differential signals S2 and S3, respectively. 35 and 36 are provided.

自動ロック装置３１は、探索処理にて、一度、飽和吸収線を測定し（各ピーク群Ｍ１〜Ｍ４に属する飽和吸収線群の数、及び各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数を測定し）、周波数固定処理にて、再度、飽和吸収線を測定して、発振周波数を所望の飽和吸収線に固定する。
なお、自動ロック装置３１は、探索処理及び周波数固定処理において、出力電圧Ｖを変更しながら、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth１（図１４（Ｂ））以上となった場合に、当該信号を飽和吸収線と認定している。 The automatic locking device 31 measures the saturated absorption lines once in the search process (measures the number of saturated absorption lines belonging to each peak group M1 to M4 and the number of saturated absorption lines belonging to each saturated absorption line group). In the frequency fixing process, the saturated absorption line is measured again, and the oscillation frequency is fixed to the desired saturated absorption line.
Note that the automatic lock device 31 changes the output voltage V in the search process and the frequency fixing process, and the output value of the secondary differential signal S2 becomes equal to or higher than the predetermined voltage value Vth1 (FIG. 14B). In addition, the signal is recognized as a saturated absorption line.

特開２００８−１４１０５４号公報JP 2008-141054 A

ところで、２次微分信号Ｓ２にはノイズが重畳する場合があり、当該ノイズの影響によっても、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定の電圧値Ｖth１以上となる場合がある。
特許文献１に記載のレーザ周波数安定化装置１００では、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定する構成を備えていない。このため、ノイズの影響により２次微分信号Ｓ２の出力値が電圧値Ｖth１以上となった場合でも、当該信号を飽和吸収線と認定してしまい、飽和吸収線を良好に認定することが難しい、という問題がある。 Incidentally, noise may be superimposed on the secondary differential signal S2, and the output value of the secondary differential signal S2 may be equal to or higher than a predetermined voltage value Vth1 due to the influence of the noise.
The laser frequency stabilizing device 100 described in Patent Document 1 does not include a configuration for determining whether noise is superimposed on the secondary differential signal S2. For this reason, even when the output value of the secondary differential signal S2 becomes equal to or higher than the voltage value Vth1 due to the influence of noise, the signal is recognized as a saturated absorption line, and it is difficult to properly identify the saturated absorption line. There is a problem.

本発明の目的は、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる飽和吸収線判定方法、及びレーザ周波数安定化装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a saturated absorption line determination method and a laser frequency stabilization device that can determine whether or not noise is superimposed on a secondary differential signal and can satisfactorily recognize a saturated absorption line.

本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程と、前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程と、前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。   The saturated absorption line determination method of the present invention is configured to change the resonator length based on a saturated absorption line included in an optical output signal obtained by irradiating a laser beam to an absorption cell and to set the oscillation frequency of the laser light to the specific saturation A saturated absorption line determination method for a laser frequency stabilizing device that stabilizes an absorption line, a first comparison step of comparing an output value of a second derivative signal of the optical output signal with a first threshold value, and the optical output An absorption line that determines whether or not it is the saturated absorption line based on a comparison result of the second comparison step that compares the output value of the signal with the second threshold value, and the comparison results of the first comparison step and the second comparison step. And a determination step.

ところで、飽和吸収線は、光出力信号の出力値が所定の閾値（上記第２閾値に相当）以上である場合に限って、観測されるものである。
そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する（第１比較工程）。
また、光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する（第２比較工程）。
そして、上記比較結果に基づいて、２次微分信号の出力値が第１閾値以上であり、かつ、光出力信号の出力値が第２閾値以上となっている場合に、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、２次微分信号の出力値が第１閾値以上であるが、光出力信号の出力値が第２閾値未満である場合に、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。 By the way, the saturated absorption line is observed only when the output value of the optical output signal is equal to or greater than a predetermined threshold (corresponding to the second threshold).
And in the saturated absorption line determination method of this invention, paying attention to the said matter, as shown below, a saturated absorption line is recognized.
First, the output value of the secondary differential signal is compared with the first threshold value (first comparison step).
Further, the output value of the optical output signal is compared with the second threshold value (second comparison step).
And based on the said comparison result, when the output value of a secondary differential signal is more than a 1st threshold value, and the output value of an optical output signal is more than a 2nd threshold value, it is a saturated absorption line Authorize (absorption line determination process). On the other hand, when the output value of the secondary differential signal is equal to or greater than the first threshold value, but the output value of the optical output signal is less than the second threshold value, noise is superimposed on the secondary differential signal instead of the saturated absorption line. (Absorption line determination process).
As described above, according to the saturated absorption line determination method of the present invention, it is possible to determine whether or not noise is superimposed on the secondary differential signal, and to satisfactorily recognize the saturated absorption line.

本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が所定値だけ変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、前記波形判定工程の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。 The saturated absorption line determination method of the present invention is configured to change the resonator length based on a saturated absorption line included in an optical output signal obtained by irradiating a laser beam to an absorption cell and to set the oscillation frequency of the laser light to the specific saturation A saturated absorption line determination method of a laser frequency stabilization device that stabilizes an absorption line, wherein the output value of the second derivative signal of the optical output signal is compared with the third threshold value and the fourth threshold value, Whether the output waveform of the second-order differential signal when the resonator length has changed by a predetermined value has changed from less than the fourth threshold value to the third threshold value and further changed to less than the fourth threshold value. A waveform determination step for determining whether or not the saturated absorption line is determined based on a determination result of the waveform determination step.

ところで、飽和吸収線と認められる信号としては、共振器長が所定値だけ変化した際での２次微分信号の出力波形が以下の挙動を示す場合である。
すなわち、２次微分信号の出力波形は、大小関係にある２つの閾値のうち小さい方の閾値（上記第４閾値に相当）未満から大きい方の閾値（上記第３閾値に相当）以上となり、さらに小さい方の閾値未満に変化する挙動（以下、第１の挙動）を示す。
一方、２次微分信号にノイズが重畳している場合には、第１の挙動を示さない。 By the way, as a signal recognized as a saturated absorption line, the output waveform of the secondary differential signal when the resonator length changes by a predetermined value shows the following behavior.
That is, the output waveform of the secondary differential signal is less than the smaller threshold value (corresponding to the fourth threshold value) of the two threshold values having a magnitude relationship, and is greater than or equal to the larger threshold value (corresponding to the third threshold value). A behavior (hereinafter referred to as a first behavior) that changes to be less than the smaller threshold is shown.
On the other hand, when noise is superimposed on the secondary differential signal, the first behavior is not shown.

そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、共振器長が所定値だけ変化した際に、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示したか否かを判定する（波形判定工程）。
そして、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示した場合には、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、２次微分信号の出力波形が第１の挙動を示していない場合、例えば、当該出力波形のピーク値が第３閾値以上であるが当該出力波形が第１の挙動を示していない場合には、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。 And in the saturated absorption line determination method of this invention, paying attention to the said matter, as shown below, a saturated absorption line is recognized.
First, it is determined whether or not the output waveform of the secondary differential signal exhibits the first behavior when the resonator length changes by a predetermined value (waveform determination step).
And when the output waveform of a secondary differential signal shows the 1st behavior, it recognizes that it is a saturated absorption line (absorption line determination process). On the other hand, when the output waveform of the secondary differential signal does not show the first behavior, for example, when the peak value of the output waveform is greater than or equal to the third threshold, but the output waveform does not show the first behavior. Certifies that noise is superimposed on the secondary differential signal, not the saturated absorption line (absorption line determination step).
As described above, according to the saturated absorption line determination method of the present invention, it is possible to determine whether or not noise is superimposed on the secondary differential signal, and to satisfactorily recognize the saturated absorption line.

本発明の飽和吸収線判定方法は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、前記波形判定工程にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較工程と、前記差分値比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備えることを特徴とする。   The saturated absorption line determination method of the present invention is configured to change the resonator length based on a saturated absorption line included in an optical output signal obtained by irradiating a laser beam to an absorption cell and to set the oscillation frequency of the laser light to the specific saturation A saturated absorption line determination method for a laser frequency stabilization device for stabilizing an absorption line, wherein an output value of a second derivative signal of the optical output signal is compared with a fifth threshold value, and the resonator length is changed. A waveform determination step for determining whether an output waveform of the second derivative signal at less than the fifth threshold value is greater than or equal to the fifth threshold value and further changes to be less than the fifth threshold value; In the output waveform determined to show the behavior in the determination step, a difference value comparison that compares a difference value of each of the resonator lengths in which the output value of the secondary differential signal becomes a predetermined value with a sixth threshold value The ratio of the process and the difference value comparison process Based on the results, characterized in that it comprises an absorption line determination step of determining whether or not the saturated absorption line.

ところで、飽和吸収線と認められる信号としては、共振器長が変化した際に２次微分信号の出力波形が以下の挙動を示し、かつ、当該信号幅（上記差分値に相当）が所定の閾値（上記第６閾値に相当）以上となるものである。
すなわち、２次微分信号の出力波形は、所定の閾値（上記第５閾値に相当）未満から当該閾値以上となり、さらに当該閾値未満に変化する挙動（以下、第２の挙動）を示す。
一方、２次微分信号にノイズが重畳している場合には、２次微分信号の出力波形が第２の挙動を示した場合であっても、信号幅が所定の閾値未満となるものである。 By the way, as a signal recognized as a saturated absorption line, when the resonator length changes, the output waveform of the secondary differential signal exhibits the following behavior, and the signal width (corresponding to the difference value) is a predetermined threshold value. (Corresponding to the sixth threshold value) or more.
That is, the output waveform of the secondary differential signal exhibits a behavior (hereinafter referred to as a second behavior) that changes from less than a predetermined threshold value (corresponding to the fifth threshold value) to the threshold value or more and further changes to less than the threshold value.
On the other hand, when noise is superimposed on the secondary differential signal, the signal width is less than a predetermined threshold even if the output waveform of the secondary differential signal exhibits the second behavior. .

そして、本発明の飽和吸収線判定方法では、上記事項に着目し、以下に示すように、飽和吸収線を認定する。
先ず、共振器長が変化した際に、２次微分信号の出力波形が第２の挙動を示したか否かを判定する（波形判定工程）。
次に、第２の挙動を示したと判定した２次微分信号の出力波形において、２次微分信号の出力値が所定値となった各共振器長の差分値（例えば、当該出力波形の半値幅）と第６閾値とを比較する（差分値比較工程）。
そして、差分値が第６閾値以上である場合には、飽和吸収線であると認定する（吸収線判定工程）。一方、差分値が第６閾値未満である場合には、飽和吸収線ではなく、２次微分信号にノイズが重畳していると認定する（吸収線判定工程）。
以上のように、本発明の飽和吸収線判定方法によれば、２次微分信号にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。 And in the saturated absorption line determination method of this invention, paying attention to the said matter, as shown below, a saturated absorption line is recognized.
First, when the resonator length is changed, it is determined whether or not the output waveform of the secondary differential signal exhibits the second behavior (waveform determination step).
Next, in the output waveform of the secondary differential signal determined to have exhibited the second behavior, the difference value of each resonator length at which the output value of the secondary differential signal becomes a predetermined value (for example, the half width of the output waveform) ) And the sixth threshold value (difference value comparison step).
And when a difference value is more than a 6th threshold value, it recognizes that it is a saturated absorption line (absorption line determination process). On the other hand, when the difference value is less than the sixth threshold value, it is recognized that noise is superimposed on the secondary differential signal instead of the saturated absorption line (absorption line determination step).
As described above, according to the saturated absorption line determination method of the present invention, it is possible to determine whether or not noise is superimposed on the secondary differential signal, and to satisfactorily recognize the saturated absorption line.

本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較手段と、前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較手段と、前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。 The laser frequency stabilizing device of the present invention changes the resonator length based on a saturated absorption line included in an optical output signal obtained by irradiating a laser beam to an absorption cell, and sets a specific oscillation frequency of the laser light. A laser frequency stabilizing device for stabilizing the absorption line, a conversion device for converting the laser light through the absorption cell into the optical output signal, and a secondary of the optical output signal converted by the conversion device A generating device that generates a differential signal; an actuator that changes the resonator length; and a control device that controls the operation of the actuator, wherein the control device includes an output value of the secondary differential signal and a first threshold value. Based on the comparison result of the first comparison step and the second comparison step, the first comparison unit for comparing the output value, the second comparison unit for comparing the output value of the optical output signal and the second threshold value, and the saturation Absorption line Characterized in that it comprises an absorption line determining means for determining whether or not there.
Since the laser frequency stabilizing device of the present invention is a device that implements the saturated absorption line determination method described above, it can enjoy the same operations and effects as the saturated absorption line determination method described above.

本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が所定値だけ変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。 The laser frequency stabilizing device of the present invention changes the resonator length based on a saturated absorption line included in an optical output signal obtained by irradiating a laser beam to an absorption cell, and sets a specific oscillation frequency of the laser light. A laser frequency stabilizing device for stabilizing the absorption line, a conversion device for converting the laser light through the absorption cell into the optical output signal, and a secondary of the optical output signal converted by the conversion device A generating device that generates a differential signal; an actuator that changes the resonator length; and a control device that controls the operation of the actuator, the control device having a magnitude relationship with an output value of the secondary differential signal. comparing the third threshold and the fourth threshold value, the output waveform of the secondary differential signal at the time that the cavity length is changed by a predetermined value, becomes from less than the fourth threshold value the third threshold value or more, further wherein Waveform determining means for determining whether or not a behavior changing to less than 4 thresholds has been shown, and absorption line determining means for determining whether or not the saturated absorption line is based on a determination result of the waveform determining means. It is characterized by that.
Since the laser frequency stabilizing device of the present invention is a device that implements the saturated absorption line determination method described above, it can enjoy the same operations and effects as the saturated absorption line determination method described above.

本発明のレーザ周波数安定化装置は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、前記共振器長を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、前記波形判定手段にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較手段と、前記差分値比較手段の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備えることを特徴とする。
本発明のレーザ周波数安定化装置は、上述した飽和吸収線判定方法を実施する装置であるので、上述した飽和吸収線判定方法と同様の作用及び効果を享受できる。 The laser frequency stabilizing device of the present invention changes the resonator length based on a saturated absorption line included in an optical output signal obtained by irradiating a laser beam to an absorption cell, and sets a specific oscillation frequency of the laser light. A laser frequency stabilizing device for stabilizing the absorption line, a conversion device for converting the laser light through the absorption cell into the optical output signal, and a secondary of the optical output signal converted by the conversion device A generating device that generates a differential signal; an actuator that changes the resonator length; and a control device that controls the operation of the actuator, wherein the control device includes an output value of the secondary differential signal, a fifth threshold value, The output waveform of the second-order differential signal when the resonator length is changed showed a behavior that changed from less than the fifth threshold to the fifth threshold and further changed to less than the fifth threshold. Waveform determination means for determining whether the output value of the secondary differential signal is a predetermined value in the output waveform determined to have exhibited the behavior by the waveform determination means And a sixth threshold value, and a difference value comparing means, and an absorption line determining means for determining whether or not the saturated absorption line is based on a comparison result of the difference value comparing means. .
Since the laser frequency stabilizing device of the present invention is a device that implements the saturated absorption line determination method described above, it can enjoy the same operations and effects as the saturated absorption line determination method described above.

第１実施形態におけるレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。The block diagram which shows the laser frequency stabilization apparatus in 1st Embodiment. 第１実施形態における制御装置を示すブロック図。The block diagram which shows the control apparatus in 1st Embodiment. 第１実施形態における探索処理及び周波数固定処理を説明するフローチャート。The flowchart explaining the search process and frequency fixing process in 1st Embodiment. 第１実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the saturated absorption line determination method in 1st Embodiment. 第１実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。The figure for demonstrating the saturated absorption line determination method in 1st Embodiment. 第２実施形態におけるレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。The block diagram which shows the laser frequency stabilization apparatus in 2nd Embodiment. 第２実施形態における制御装置を示すブロック図。The block diagram which shows the control apparatus in 2nd Embodiment. 第２実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the saturated absorption line determination method in 2nd Embodiment. 第２実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。The figure for demonstrating the saturated absorption line determination method in 2nd Embodiment. 第３実施形態における制御装置を示すブロック図。The block diagram which shows the control apparatus in 3rd Embodiment. 第３実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the saturated absorption line determination method in 3rd Embodiment. 第３実施形態における飽和吸収線判定方法を説明するための図。The figure for demonstrating the saturated absorption line determination method in 3rd Embodiment. 従来のレーザ周波数安定化装置を示すブロック図。The block diagram which shows the conventional laser frequency stabilization apparatus. 光出力信号及び２次微分信号を示す図。The figure which shows an optical output signal and a secondary differential signal.

[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔レーザ周波数安定化装置の構成〕
図１は、第１実施形態におけるレーザ周波数安定化装置１を示すブロック図である。
レーザ周波数安定化装置１は、図１に示すように、従来のレーザ周波数安定化装置１００と同様のレーザ発生部１０、レーザ光検出部２０、及び駆動制御部３０を備える。
なお、本実施形態のレーザ周波数安定化装置１は、従来のレーザ周波数安定化装置１００と比較して、探索処理及び周波数固定処理を実施するとともに、当該各処理において、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判別しながら飽和吸収線を認定する機能を有する制御装置３７を備える点が異なる。
このため、以下では、従来のレーザ周波数安定化装置１００と同様の機能及び構成については同様の符号を付して説明を省略し、本願の要部である制御装置３７について詳細に説明する。 [First embodiment]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of Laser Frequency Stabilizer]
FIG. 1 is a block diagram showing a laser frequency stabilizing device 1 in the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the laser frequency stabilization device 1 includes a laser generation unit 10, a laser light detection unit 20, and a drive control unit 30 similar to those of the conventional laser frequency stabilization device 100.
Note that the laser frequency stabilization device 1 of the present embodiment performs search processing and frequency fixing processing as compared with the conventional laser frequency stabilization device 100, and in each processing, noise is added to the secondary differential signal S2. The difference is that a control device 37 having a function of certifying a saturated absorption line while discriminating whether or not is superimposed is provided.
For this reason, in the following, the same functions and configurations as those of the conventional laser frequency stabilizing device 100 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and the control device 37 which is a main part of the present application will be described in detail.

〔制御装置の構成〕
図２は、制御装置３７を示すブロック図である。
制御装置３７は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)や、メモリ３７４等を備え、メモリ３７４に記憶されたプログラムにしたがって、種々の処理を実行する。なお、制御装置３７の機能としては、従来の自動ロック装置３１と同様の機能については、説明を省略し、以下では、本願の要部である飽和吸収線を認定する機能についてのみ説明する。
この制御装置３７は、図１または図２に示すように、第１比較手段３７１と、第２比較手段３７２と、吸収線判定手段３７３と、メモリ３７４等を備える。 [Configuration of control device]
FIG. 2 is a block diagram showing the control device 37.
The control device 37 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory 374, and the like, and executes various processes according to a program stored in the memory 374. As the function of the control device 37, the description of the same function as that of the conventional automatic lock device 31 is omitted, and only the function of certifying the saturated absorption line, which is the main part of the present application, will be described below.
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the control device 37 includes a first comparison unit 371, a second comparison unit 372, an absorption line determination unit 373, a memory 374, and the like.

第１比較手段３７１は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と、第１閾値Ｖth１（図１４（Ｂ））とを比較する。
第２比較手段３７２は、光検出器２７からの光出力信号Ｓ１の出力値と、第２閾値Ｖth２（図５参照）とを比較する。
吸収線判定手段３７３は、第１，第２比較手段３７１，３７２の比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。 The first comparison means 371 compares the output value of the secondary differential signal S2 from the secondary differential lock-in amplifier 35 with the first threshold value Vth1 (FIG. 14B).
The second comparison unit 372 compares the output value of the optical output signal S1 from the photodetector 27 with the second threshold value Vth2 (see FIG. 5).
The absorption line determination unit 373 determines whether or not the absorption line is a saturated absorption line based on the comparison results of the first and second comparison units 371 and 372.

〔レーザ周波数安定化装置の動作〕
次に、上述したレーザ周波数安定化装置１の動作について説明する。
なお、以下では、レーザ周波数安定化装置１の動作として、全体の動作（探索処理及び周波数固定処理）を説明した後、探索処理及び周波数固定処理において実施される吸収線判定方法について説明する。 [Operation of Laser Frequency Stabilizer]
Next, the operation of the above-described laser frequency stabilization device 1 will be described.
In the following description, the overall operation (search process and frequency fixing process) will be described as the operation of the laser frequency stabilization device 1, and then an absorption line determination method performed in the search process and frequency fixed process will be described.

〔探索処理及び周波数固定処理〕
図３は、探索処理及び周波数固定処理を説明するフローチャートである。
なお、本実施形態における探索処理及び周波数固定処理は、従来のレーザ周波数安定化装置１００にて実施される探索処理及び周波数固定処理と略同様であるため、以下では、説明を簡略化する。
また、以下では、説明の便宜上、目標とする飽和吸収線を飽和吸収線ａ４（当該飽和吸収線ａ４が属する飽和吸収線群及びピーク群がそれぞれＮ２，Ｍ２）とする。
先ず、制御装置３７は、アクチュエータ駆動回路３３の動作を制御し、アクチュエータ１２６に印加する出力電圧Ｖを最大電圧値に設定する（ステップＳＴ１Ａ）。 [Search processing and frequency fixing processing]
FIG. 3 is a flowchart for explaining the search process and the frequency fixing process.
Note that the search process and the frequency fixing process in the present embodiment are substantially the same as the search process and the frequency fixed process performed by the conventional laser frequency stabilization apparatus 100, and therefore the description will be simplified below.
In the following, for the convenience of explanation, the target saturated absorption line is a saturated absorption line a4 (the saturated absorption line group and the peak group to which the saturated absorption line a4 belongs are N2 and M2, respectively).
First, the control device 37 controls the operation of the actuator drive circuit 33 and sets the output voltage V applied to the actuator 126 to the maximum voltage value (step ST1A).

ステップＳＴ１Ａの後、制御装置３７は、出力電圧Ｖを最大電圧値から最小電圧値となるまで徐々に減少させながら、目標とするピーク群Ｍ２を探索する（ステップＳＴ１Ｂ）。
具体的に、ステップＳＴ１Ｂでは、制御装置３７は、以下に示す処理を実行する。
すなわち、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法により飽和吸収線を認定し、当該飽和吸収線が観測された際にアクチュエータ１２６に印加していた出力電圧Ｖの電圧値をメモリ３７４の第１記憶部３７４Ａ（図２）に記憶させる。
また、制御装置３７は、第１記憶部３７４Ａから電圧値Ｖnew，Ｖoldを読み出し、当該電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値を算出し、当該差分値と、ΔＶ，ΔＶ´とを比較する。 After step ST1A, the control device 37 searches the target peak group M2 while gradually decreasing the output voltage V from the maximum voltage value to the minimum voltage value (step ST1B).
Specifically, in step ST1B, the control device 37 executes the following process.
That is, the controller 37 recognizes a saturated absorption line by a saturated absorption line determination method described later, and determines the voltage value of the output voltage V applied to the actuator 126 when the saturated absorption line is observed as the first value in the memory 374. 1 is stored in the storage unit 374A (FIG. 2).
Further, the control device 37 reads the voltage values Vnew and Vold from the first storage unit 374A, calculates a difference value between the voltage values Vnew and Vold, and compares the difference value with ΔV and ΔV ′.

ここで、電圧値Ｖnewは、飽和吸収線が観測された際（最新で観測された際）の出力電圧Ｖの電圧値である。電圧値Ｖoldは、直前に飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値である。
また、ΔＶ，ΔＶ´は、飽和吸収線群に属する隣接する飽和吸収線間の各出力電圧Ｖの差分値の最大値をＶａ（図１４（Ｂ））、隣接する飽和吸収線群間の各出力電圧Ｖの差分値の最小値をＶｂ（図１４（Ｂ））及び最大値をＶｂ´（図１４（Ｂ））、各ピーク群間の各出力電圧Ｖの差分値の最小値をＶｃ（図１４（Ａ））とした場合に、Ｖａ＜ΔＶ＜Ｖｂ、Ｖｂ´＜ΔＶ´＜Ｖｃの関係を満たすように設定されている。 Here, the voltage value Vnew is a voltage value of the output voltage V when the saturated absorption line is observed (when it is observed latest). The voltage value Vold is the voltage value of the output voltage V when the saturated absorption line is observed immediately before.
In addition, ΔV and ΔV ′ are Va (FIG. 14B), the maximum value of the difference value of each output voltage V between adjacent saturated absorption lines belonging to the saturated absorption line group, and each of the adjacent saturated absorption line groups. The minimum value of the difference value of the output voltage V is Vb (FIG. 14B), the maximum value is Vb ′ (FIG. 14B), and the minimum value of the difference value of each output voltage V between each peak group is Vc ( In the case of FIG. 14A), the relations Va <ΔV <Vb and Vb ′ <ΔV ′ <Vc are satisfied.

すなわち、制御装置３７は、電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値とΔＶとを比較することで、現時点で観測された飽和吸収線が直前に観測された飽和吸収線と同一の飽和吸収線群に属するか否かを判別する。
また、制御装置３７は、電圧値Ｖnew，Ｖoldの差分値とΔＶ´とを比較することで、現時点で観測された飽和吸収線が直前に観測された飽和吸収線と同一のピーク群に属するか否かを判別する。 That is, the control device 37 compares the difference value between the voltage values Vnew and Vold with ΔV, so that the saturated absorption line observed at the present time belongs to the same saturated absorption line group as the saturated absorption line observed immediately before. It is determined whether or not.
Further, the control device 37 compares the difference value between the voltage values Vnew and Vold with ΔV ′ so that the saturated absorption line observed at the present time belongs to the same peak group as the saturated absorption line observed immediately before. Determine whether or not.

制御装置３７は、上記判別により、属する飽和吸収線群の数が６（Ｎ１〜Ｎ６）であり、かつ、当該各飽和吸収線群に属する飽和吸収線の数が、出力電圧Ｖの小さい方から順に、１本（ａ１）、４本（ａ２〜ａ５）、４本（ａ６〜ａ９）、１本（ａ１０）、４本（ａ１１〜ａ１４）、１本（ａ１５）となるピーク群Ｍ２を探索する。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを最大電圧値から最小電圧値まで減少させた後、ピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｃ）。
ステップＳＴ１Ｃにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、エラー処理を実行する（ステップＳＴ１Ｄ）。
ここで、エラー処理としては、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の点灯制御、あるいは、音声による報知制御により、エラーが生じた旨を作業者に知らせる処理が挙げられる。 The control device 37 determines that the number of saturated absorption line groups belonging to the control device 37 is 6 (N1 to N6) and the number of saturated absorption lines belonging to each saturated absorption line group is smaller from the output voltage V. In order, search for a peak group M2 that becomes one (a1), four (a2 to a5), four (a6 to a9), one (a10), four (a11 to a14), and one (a15). To do.
Then, after reducing the output voltage V from the maximum voltage value to the minimum voltage value, the control device 37 determines whether or not the peak group M2 has been searched (step ST1C).
In step ST1C, if the control device 37 determines “N”, it performs error processing (step ST1D).
Here, the error processing includes, for example, processing for notifying the operator that an error has occurred by lighting control of an LED (Light Emitting Diode) or the like, or voice notification control.

一方、ステップＳＴ１Ｃにおいて、「Ｙ」と判定した場合には、制御装置３７は、出力電圧Ｖを、ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線群Ｎ１〜Ｎ６のうち、飽和吸収線ａ１が観測される電圧値よりも若干、小さい電圧値Ｖ０（図１４）に設定する（ステップＳＴ１Ｅ）。
ステップＳＴ１Ｅの後、制御装置３７は、出力電圧Ｖを電圧値Ｖ０から徐々に増加させながら、ステップＳＴ１Ｂと同様に、ピーク群Ｍ２を再度、探索する（ステップＳＴ１Ｆ）。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを増加させた結果、ピーク群Ｍ２を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｇ）。
ステップＳＴ１Ｇにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。 On the other hand, when it is determined as “Y” in step ST1C, the control device 37 sets the output voltage V to the voltage at which the saturated absorption line a1 is observed among the saturated absorption line groups N1 to N6 belonging to the peak group M2. A voltage value V0 (FIG. 14) slightly smaller than the value is set (step ST1E).
After step ST1E, the control device 37 searches for the peak group M2 again as in step ST1B while gradually increasing the output voltage V from the voltage value V0 (step ST1F).
Then, the control device 37 determines whether or not the peak group M2 has been searched as a result of increasing the output voltage V (step ST1G).
In step ST1G, when it determines with "N", the control apparatus 37 transfers to the error process of step ST1D.

一方、制御装置３７は、「Ｙ」と判定した場合には、以下に示すように、目標とする飽和吸収線ａ４を探索する（ステップＳＴ１Ｈ）。
先ず、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法による飽和吸収線の認定、及び上記判別を行いながら、最初に観測されるピーク群に属する飽和吸収線群として、当該飽和吸収線群が５回観測されるまで、出力電圧Ｖを減少させる。
なお、ステップＳＴ１Ｆにおいて、ピーク群Ｍ２を再度、探索した後の出力電圧Ｖは、飽和吸収線ａ１５が観測される電圧値よりも若干、大きい電圧値Ｖ１（図１４）である。このため、上記最初に観測されるピーク群は、ピーク群Ｍ２である。また、当該ピーク群Ｍ２に属する飽和吸収線群として、１回目に観測される飽和吸収線群は、飽和吸収線群Ｎ６であり、５回目に観測される飽和吸収線群は、飽和吸収線群Ｎ２である。 On the other hand, when it determines with "Y", the control apparatus 37 searches the target saturated absorption line a4 as shown below (step ST1H).
First, the control device 37 recognizes a saturated absorption line by a saturated absorption line determination method described later and performs the above determination, and as a saturated absorption line group belonging to the peak group that is observed first, The output voltage V is decreased until it is observed once.
In step ST1F, the output voltage V after searching the peak group M2 again is a voltage value V1 (FIG. 14) slightly larger than the voltage value at which the saturated absorption line a15 is observed. For this reason, the peak group observed first is the peak group M2. As the saturated absorption line group belonging to the peak group M2, the saturated absorption line group observed for the first time is the saturated absorption line group N6, and the saturated absorption line group observed for the fifth time is the saturated absorption line group. N2.

次に、制御装置３７は、後述する飽和吸収線判定方法による飽和吸収線の認定、及び上記判別を行いながら、５回目に観測された飽和吸収線群Ｎ２に属する飽和吸収線として、当該飽和吸収線が２回観測されるまで、出力電圧Ｖを減少させる。
なお、上記飽和吸収線群Ｎ２に属する飽和吸収線として、１回目に観測される飽和吸収線は、飽和吸収線ａ５であり、２回目に観測される飽和吸収線は、飽和吸収線ａ４である。
そして、制御装置３７は、出力電圧Ｖを減少させた結果、飽和吸収線ａ４を探索できたか否かを判定する（ステップＳＴ１Ｉ）。
ステップＳＴ１Ｉにおいて、制御装置３７は、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。 Next, the control device 37 determines the saturated absorption line by the saturated absorption line determination method described later, and performs the above determination as the saturated absorption line belonging to the saturated absorption line group N2 observed for the fifth time. The output voltage V is decreased until the line is observed twice.
As the saturated absorption line belonging to the saturated absorption line group N2, the saturated absorption line observed for the first time is the saturated absorption line a5, and the saturated absorption line observed for the second time is the saturated absorption line a4. .
And the control apparatus 37 determines whether the saturated absorption line a4 was searched as a result of reducing the output voltage V (step ST1I).
In step ST1I, when it is determined as “N”, the control device 37 proceeds to the error processing of step ST1D.

一方、ステップＳＴ１Ｉにおいて、制御装置３７は、「Ｙ」と判定した場合には、出力電圧Ｖの減少を止め、出力電圧Ｖを、当該飽和吸収線ａ４が観測された電圧値に固定する（ステップＳＴ１Ｊ）。
そして、ステップＳＴ１Ｊの処理により、レーザ光Ｌ２の発振周波数は、目標とする飽和吸収線ａ４に合致することとなる。
ステップＳＴ１Ｊの後、制御装置３７は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値Ｖth１とを比較し、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上に安定化しているか否かを常時、監視する（ステップＳＴ１Ｋ）。
すなわち、ステップＳＴ１Ｋの処理では、制御装置３７は、レーザ光Ｌ２の発振周波数が目標とする飽和吸収線ａ４に安定化しているか否かを監視している。
そして、制御装置３７は、ステップＳＴ１Ｋにおいて、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳＴ１Ｄのエラー処理に移行する。 On the other hand, if it is determined as “Y” in step ST1I, the control device 37 stops decreasing the output voltage V and fixes the output voltage V to a voltage value at which the saturated absorption line a4 is observed (step ST1I). ST1J).
As a result of the processing in step ST1J, the oscillation frequency of the laser light L2 matches the target saturated absorption line a4.
After step ST1J, the control device 37 compares the output value of the secondary differential signal S2 from the secondary differential lock-in amplifier 35 with the first threshold value Vth1, and the output value of the secondary differential signal S2 is the first threshold value. It is constantly monitored whether or not it is stabilized to Vth1 or more (step ST1K).
That is, in the process of step ST1K, the control device 37 monitors whether or not the oscillation frequency of the laser light L2 is stabilized at the target saturated absorption line a4.
If the determination result is “N” in step ST1K, the control device 37 proceeds to error processing in step ST1D.

〔吸収線判定方法〕
次に、上述したステップＳＴ１Ｂ，ＳＴ１Ｆ，ＳＴ１Ｈにおいて実施される飽和吸収線を認定する際の飽和吸収線判定方法について説明する。
図４は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図５は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図５は、図１４（Ａ）に対応した図である。
先ず、第１比較手段３７１は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第１閾値Ｖth１とを比較し、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上となったか否かを常時、監視する（ステップＳＴ２Ａ：第１比較工程）。
そして、第１比較手段３７１は、「Ｙ」と判定した場合には、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１（図１４（Ｂ））以上となった際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値をメモリ３７４の第２記憶部３７４Ｂ（図２）に記憶させる。
また、ステップＳＴ２Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、第２比較手段３７２は、光検出器２７からの光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値Ｖth２（図５）とを比較し、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ２Ｂ：第２比較工程）。 [Absorption line judgment method]
Next, a saturated absorption line determination method when certifying saturated absorption lines performed in the above-described steps ST1B, ST1F, ST1H will be described.
FIG. 4 is a flowchart for explaining a saturated absorption line determination method.
FIG. 5 is a diagram for explaining a saturated absorption line determination method. Specifically, FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG.
First, the first comparison means 371 compares the output value of the secondary differential signal S2 from the secondary differential lock-in amplifier 35 with the first threshold value Vth1, and the output value of the secondary differential signal S2 is the first threshold value Vth1. Whether or not the above has been reached is constantly monitored (step ST2A: first comparison step).
When the first comparison means 371 determines “Y”, the first comparison means 371 is applied to the actuator 126 when the output value of the secondary differential signal S2 becomes equal to or greater than the first threshold value Vth1 (FIG. 14B). The voltage value of the output voltage V that has been stored is stored in the second storage unit 374B (FIG. 2) of the memory 374.
If it is determined as “Y” in step ST2A, the second comparison unit 372 compares the output value of the optical output signal S1 from the photodetector 27 with the second threshold value Vth2 (FIG. 5). Then, it is determined whether or not the output value of the optical output signal S1 is greater than or equal to the second threshold value Vth2 (step ST2B: second comparison step).

ステップＳＴ２Ｂにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて出力値が第１閾値Ｖth１以上となった２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ２Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図５に示すように、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上となる領域ＡｒＰで観測される２次微分信号Ｓ２の各ピークを飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を飽和吸収線が観測された際にアクチュエータ１２６に印加していた出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。また、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を消去させる。 If it is determined as “Y” in step ST2B, the absorption line determination means 373 determines that the secondary differential signal S2 whose output value is equal to or greater than the first threshold value Vth1 in step ST2A is a saturated absorption line. (Step ST2C: Absorption line determination step).
For example, as shown in FIG. 5, the absorption line determination unit 373 uses a saturated absorption line for each peak of the secondary differential signal S2 observed in the region ArP where the output value of the optical output signal S1 is equal to or greater than the second threshold value Vth2. Acknowledge that there is.
Then, the absorption line determination unit 373 uses the voltage value of the output voltage V stored in the second storage unit 374B in step ST2A as the voltage value of the output voltage V applied to the actuator 126 when the saturated absorption line is observed. Is stored in the first storage unit 374A. Further, the absorption line determination unit 373 erases the voltage value of the output voltage V stored in the second storage unit 374B.

一方、ステップＳＴ２Ｂにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて出力値が第１閾値Ｖth１以上となった２次微分信号Ｓ２を、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する（ステップＳＴ２Ｄ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図５に示すように、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２未満となる領域ＡｒＮで観測される２次微分信号Ｓ２の各ピークを、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、ステップＳＴ２Ａにおいて第２記憶部３７４Ｂに記憶された出力電圧Ｖの電圧値を消去させる。
すなわち、第１記憶部３７４Ａには、領域ＡｒＰで飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値のみが記憶される。 On the other hand, when it is determined as “N” in step ST2B, the absorption line determination unit 373 determines that the secondary differential signal S2 whose output value is equal to or higher than the first threshold value Vth1 in step ST2A is not a saturated absorption line. Then, it is recognized that the signal is superimposed with noise (step ST2D: absorption line determination step).
For example, as shown in FIG. 5, the absorption line determination unit 373 determines each peak of the secondary differential signal S2 observed in the region ArN where the output value of the optical output signal S1 is less than the second threshold value Vth2, as a saturated absorption line. Instead, it is recognized that the signal is superimposed with noise.
And the absorption line determination means 373 deletes the voltage value of the output voltage V memorize | stored in the 2nd memory | storage part 374B in step ST2A.
That is, only the voltage value of the output voltage V when the saturated absorption line is observed in the region ArP is stored in the first storage unit 374A.

上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線は、光出力信号Ｓ１の出力値が所定の閾値（第２閾値Ｖth２）以上である場合に限って、観測される。」点に着目し、ステップＳＴ２Ａ〜ＳＴ２Ｄの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ２Ａ〜ＳＴ２Ｄの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。
また、光出力信号Ｓ１の出力値と第２閾値Ｖth２とを比較するだけで、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定できるため、飽和吸収線を認定するにあたって、制御装置３７の処理負荷を低減できる。 The first embodiment described above has the following effects.
In this embodiment, paying attention to the point that “saturated absorption lines are observed only when the output value of the optical output signal S1 is equal to or greater than a predetermined threshold (second threshold Vth2)”, steps ST2A to ST2D. By this processing, it is determined whether or not it is a saturated absorption line.
This makes it possible to determine whether or not noise is superimposed on the secondary differential signal S2, and to satisfactorily recognize the saturated absorption line.
In particular, by determining whether or not it is a saturated absorption line by the processing of steps ST2A to ST2D, a saturated absorption line that should not be observed originally between the peak groups M1 to M4 is erroneously detected. It is not recognized that it is.
Therefore, it is possible to satisfactorily match the target saturated absorption line a4 with the oscillation frequency of the laser light L2.
Further, since it is possible to determine whether or not noise is superimposed on the secondary differential signal S2 only by comparing the output value of the optical output signal S1 with the second threshold value Vth2, the control device is used for certifying the saturated absorption line. 37 processing load can be reduced.

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図６は、第２実施形態におけるレーザ周波数安定化装置１を示すブロック図である。
図７は、第２実施形態における制御装置３７を示すブロック図である。
本実施形態では、図６及び図７に示すように、前記第１実施形態に対して、制御装置３７の構成が異なるものである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。 [Second Embodiment]
Next, 2nd Embodiment of this invention is described based on drawing.
In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 6 is a block diagram showing the laser frequency stabilizing device 1 in the second embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing the control device 37 in the second embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the configuration of the control device 37 is different from that of the first embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

具体的に、第２実施形態における制御装置３７は、飽和吸収線を認定する機能として、前記第１実施形態で説明した第１，第２比較手段３７１，３７２の代わりに、波形判定手段３７５を備える。
波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と大小関係にある第３，第４閾値Ｖth３，Ｖth４（図９参照）とを比較し、出力電圧Ｖが変化した際（共振器長が変化した際）での２次微分信号Ｓ２の出力波形が所定の挙動（以下、第１の挙動）を示した否かを判定する。
そして、第２実施形態における吸収線判定手段３７３は、波形判定手段３７５の判定結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。 Specifically, the control device 37 according to the second embodiment uses a waveform determination unit 375 as a function for certifying a saturated absorption line, instead of the first and second comparison units 371 and 372 described in the first embodiment. Prepare.
The waveform determination means 375 compares the output value of the secondary differential signal S2 from the secondary differential lock-in amplifier 35 with the third and fourth threshold values Vth3 and Vth4 (see FIG. 9) that are in magnitude relationship, and outputs the output voltage. It is determined whether or not the output waveform of the secondary differential signal S2 when V changes (when the resonator length changes) shows a predetermined behavior (hereinafter referred to as a first behavior).
And the absorption line determination means 373 in 2nd Embodiment determines whether it is a saturated absorption line based on the determination result of the waveform determination means 375. FIG.

次に、第２実施形態における飽和吸収線判定方法について説明する。
図８は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図９は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図９は、２次微分信号Ｓ２の出力値を縦軸とし、出力電圧Ｖを横軸とし、出力電圧Ｖを変化させた場合（共振器長を変化させた場合）での２次微分信号Ｓ２の出力波形を模式的に示す図である。
先ず、波形判定手段３７５は、以下に示すように、２次微分用ロックインアンプ３５から出力された２次微分信号Ｓ２の出力波形が第１の挙動を示したか否かを判定する（ステップＳＴ３Ａ：波形判定工程）。 Next, a saturated absorption line determination method in the second embodiment will be described.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a saturated absorption line determination method.
FIG. 9 is a diagram for explaining a saturated absorption line determination method. Specifically, FIG. 9 shows 2 when the output value of the secondary differential signal S2 is the vertical axis, the output voltage V is the horizontal axis, and the output voltage V is changed (when the resonator length is changed). It is a figure which shows typically the output waveform of the secondary differential signal S2.
First, the waveform determination means 375 determines whether or not the output waveform of the secondary differential signal S2 output from the secondary differential lock-in amplifier 35 exhibits the first behavior, as described below (step ST3A). : Waveform determination step).

すなわち、波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５から所定のサンプリング間隔で順次、入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、第３，第４閾値Ｖth３，Ｖth４とを比較する。
また、波形判定手段３７５は、当該入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、当該２次微分信号Ｓ２を入力した際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値と、上記比較結果に応じた情報とを関連付けて、第２記憶部３７４Ｂに順次、記憶させる。
なお、上記比較結果に応じた情報は、第４閾値Ｖth４未満である旨の情報、第４閾値Ｖth４以上で、かつ、第３閾値Ｖth３未満である旨の情報、あるいは、第３閾値Ｖth３以上である旨の情報である。
そして、波形判定手段３７５は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、出力電圧Ｖが所定値Ｖ２（図９）だけ変化した際の２次微分信号Ｓ２の出力波形が、第４閾値Ｖth４未満から第３閾値Ｖth３以上となり、さらに第４閾値Ｖth４未満に変化する第１の挙動を示したか否かを判定する。 That is, the waveform determination means 375 compares the output value of the secondary differential signal S2 input from the secondary differential lock-in amplifier 35 sequentially with a predetermined sampling interval with the third and fourth threshold values Vth3 and Vth4.
In addition, the waveform determination unit 375 outputs the output value of the input secondary differential signal S2, the voltage value of the output voltage V applied to the actuator 126 when the secondary differential signal S2 is input, and the comparison result. Are stored in the second storage unit 374B in association with each other.
Note that the information corresponding to the comparison result is information indicating that it is less than the fourth threshold value Vth4, information indicating that it is equal to or greater than the fourth threshold value Vth4 and less than the third threshold value Vth3, or is equal to or greater than the third threshold value Vth3. It is information to that effect.
Based on the information stored in the second storage unit 374B, the waveform determination unit 375 determines that the output waveform of the secondary differential signal S2 when the output voltage V changes by a predetermined value V2 (FIG. 9) is the fourth threshold value. It is determined whether or not a first behavior that has changed from less than Vth4 to the third threshold value Vth3 or more and further changed to less than the fourth threshold value Vth4 is determined.

ステップＳＴ３Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ３Ｂ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図９に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ）を飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、第１の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２のピーク値（２次微分信号Ｓ２の出力値）を判別し、当該ピーク値に関連付けられた出力電圧Ｖの電圧値を、飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。 When it is determined as “Y” in step ST3A, the absorption line determination unit 373 recognizes that the second derivative signal S2 of the output waveform indicating the first behavior is a saturated absorption line (step ST3B: absorption). Line determination step).
For example, as shown in FIG. 9, the absorption line determination means 373 indicates that the second derivative signal S2 (each peak P) of the output waveform indicating the first behavior is a saturated absorption line within the range of the predetermined value V2. Authorize.
Then, the absorption line determining means 373 calculates the peak value of the secondary differential signal S2 of the output waveform indicating the first behavior (the output value of the secondary differential signal S2) based on the information stored in the second storage unit 374B. The first storage unit 374A stores the voltage value of the output voltage V associated with the peak value as the voltage value of the output voltage V when the saturated absorption line is observed.

一方、ステップＳＴ３Ａにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、飽和吸収線ではないと認定する（ステップＳＴ３Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図９に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で、第１の挙動を示さない出力波形の２次微分信号Ｓ２（ピークＰＮ）については、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。 On the other hand, when it is determined as “N” in step ST3A, the absorption line determination means 373 recognizes that it is not a saturated absorption line (step ST3C: absorption line determination step).
For example, as shown in FIG. 9, the absorption line determination means 373 has a saturated absorption line for the second derivative signal S2 (peak PN) of the output waveform that does not exhibit the first behavior within the range of the predetermined value V2. It is recognized that the signal is superimposed with noise.

上述した第２実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線と認められる信号としては、出力電圧Ｖが所定値Ｖ２だけ変化した際での２次微分信号Ｓ２の出力波形が第１の挙動を示す場合である。」点に着目し、ステップＳＴ３Ａ〜ＳＴ３Ｃの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ３Ａ〜ＳＴ３Ｃの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間に限らず、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。 The second embodiment described above has the following effects.
In the present embodiment, “a signal recognized as a saturated absorption line is a case where the output waveform of the secondary differential signal S2 when the output voltage V changes by a predetermined value V2 exhibits the first behavior”. In consideration of the above, it is determined whether or not it is a saturated absorption line by the processing of steps ST3A to ST3C.
This makes it possible to determine whether or not noise is superimposed on the secondary differential signal S2, and to satisfactorily recognize the saturated absorption line.
In particular, by determining whether or not it is a saturated absorption line by the processing of steps ST3A to ST3C, not only between peak groups M1 to M4, but between saturated absorption line groups belonging to the same peak group, Saturated absorption lines that should not be originally observed between saturated absorption lines belonging to the same saturated absorption line group are not erroneously recognized as saturated absorption lines.
Therefore, it is possible to satisfactorily match the target saturated absorption line a4 with the oscillation frequency of the laser light L2.

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、前記第２実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図１０は、第３実施形態における制御装置３７を示すブロック図である。
本実施形態では、図１０に示すように、前記第２実施形態に対して、制御装置３７の構成が異なるものである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。 [Third embodiment]
Next, 3rd Embodiment of this invention is described based on drawing.
In the following, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 10 is a block diagram showing the control device 37 in the third embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the configuration of the control device 37 is different from that of the second embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

具体的に、第３実施形態における制御装置３７は、飽和吸収線を認定する機能として、前記第２実施形態で説明した波形判定手段３７５及び吸収線判定手段３７３の他、差分値比較手段３７６を備える。
第３実施形態における波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５からの２次微分信号Ｓ２の出力値と第５閾値Ｖth５（図１２参照）とを比較し、出力電圧Ｖが変化した際（共振器長が変化した際）での２次微分信号Ｓ２の出力波形が所定の挙動（以下、第２の挙動）を示したか否かを判定する。
差分値比較手段３７６は、波形判定手段３７５にて第２の挙動を示したと判定された２次微分信号Ｓ２の出力波形において、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定値となった出力電圧Ｖの各電圧値の差分値と、第６閾値Ｖth６（図示略）とを比較する。
そして、第３実施形態における吸収線判定手段３７３は、差分値比較手段３７６の比較結果に基づいて、飽和吸収線であるか否かを判定する。 Specifically, the control device 37 according to the third embodiment includes a difference value comparison unit 376 in addition to the waveform determination unit 375 and the absorption line determination unit 373 described in the second embodiment as a function for certifying saturated absorption lines. Prepare.
The waveform determination means 375 in the third embodiment compares the output value of the secondary differential signal S2 from the secondary differential lock-in amplifier 35 with the fifth threshold Vth5 (see FIG. 12), and the output voltage V changes. It is determined whether or not the output waveform of the second-order differential signal S2 at the time (when the resonator length changes) shows a predetermined behavior (hereinafter referred to as a second behavior).
The difference value comparison unit 376 outputs the output voltage V at which the output value of the secondary differential signal S2 becomes a predetermined value in the output waveform of the secondary differential signal S2 determined to have exhibited the second behavior by the waveform determination unit 375. Are compared with a sixth threshold value Vth6 (not shown).
And the absorption line determination means 373 in 3rd Embodiment determines whether it is a saturated absorption line based on the comparison result of the difference value comparison means 376.

次に、第３実施形態における飽和吸収線判定方法について説明する。
図１１は、飽和吸収線判定方法を説明するフローチャートである。
図１２は、飽和吸収線判定方法を説明するための図である。具体的に、図１２は、図９に対応した図である。
先ず、波形判定手段３７５は、以下に示すように、２次微分用ロックインアンプ３５から出力された２次微分信号Ｓ２の出力波形が第２の挙動を示したか否かを判定する（ステップＳＴ４Ａ：波形判定工程）。 Next, a saturated absorption line determination method in the third embodiment will be described.
FIG. 11 is a flowchart for explaining a saturated absorption line determination method.
FIG. 12 is a diagram for explaining a saturated absorption line determination method. Specifically, FIG. 12 corresponds to FIG.
First, the waveform determination means 375 determines whether or not the output waveform of the secondary differential signal S2 output from the secondary differential lock-in amplifier 35 exhibits the second behavior as described below (step ST4A). : Waveform determination step).

すなわち、波形判定手段３７５は、２次微分用ロックインアンプ３５から所定のサンプリング間隔で順次、入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と第５閾値Ｖth５とを比較する。
また、波形判定手段３７５は、当該入力した２次微分信号Ｓ２の出力値と、当該２次微分信号Ｓ２を入力した際にアクチュエータ１２６に印加されていた出力電圧Ｖの電圧値と、上記比較結果に応じた情報とを関連付けて、第２記憶部３７４Ｂに順次、記憶させる。
なお、上記比較結果に応じた情報は、第５閾値Ｖth５未満である旨の情報、あるいは、第５閾値Ｖth５以上である旨の情報である。
そして、波形判定手段３７５は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、出力電圧Ｖが所定値Ｖ２（図１２）だけ変化した際の２次微分信号Ｓ２の出力波形が、第５閾値Ｖth５未満から第５閾値Ｖth５以上となり、さらに第５閾値Ｖth５未満に変化する第２の挙動を示したか否かを判定する。 That is, the waveform determination means 375 sequentially compares the output value of the secondary differential signal S2 input from the secondary differential lock-in amplifier 35 at a predetermined sampling interval with the fifth threshold value Vth5.
In addition, the waveform determination unit 375 outputs the output value of the input secondary differential signal S2, the voltage value of the output voltage V applied to the actuator 126 when the secondary differential signal S2 is input, and the comparison result. Are stored in the second storage unit 374B in association with each other.
Note that the information corresponding to the comparison result is information indicating that it is less than the fifth threshold Vth5 or information indicating that it is greater than or equal to the fifth threshold Vth5.
Then, based on the information stored in the second storage unit 374B, the waveform determination unit 375 determines that the output waveform of the secondary differential signal S2 when the output voltage V changes by a predetermined value V2 (FIG. 12) is the fifth threshold value. It is determined whether or not a second behavior that has changed from less than Vth5 to the fifth threshold value Vth5 or more and further changed to less than the fifth threshold value Vth5 is determined.

ステップＳＴ４Ａにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、差分値比較手段３７６は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づいて、２次微分信号Ｓ２の出力値が所定値となった出力電圧Ｖの各電圧値の差分値を算出する。そして、差分値比較手段３７６は、当該差分値と、第６閾値Ｖth６とを比較し、当該差分値が第６閾値Ｖth６以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ４Ｂ：差分値比較工程）。
なお、本実施形態では、上記差分値として、第２の挙動を示す出力波形の半値幅を採用している。 When it is determined as “Y” in step ST4A, the difference value comparison unit 376 has the output value of the secondary differential signal S2 becomes a predetermined value based on the information stored in the second storage unit 374B. The difference value of each voltage value of the output voltage V is calculated. Then, the difference value comparison unit 376 compares the difference value with the sixth threshold value Vth6, and determines whether or not the difference value is equal to or greater than the sixth threshold value Vth6 (step ST4B: difference value comparison step).
In the present embodiment, the half value width of the output waveform showing the second behavior is adopted as the difference value.

ステップＳＴ４Ｂにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２を飽和吸収線であると認定する（ステップＳＴ４Ｃ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図１２に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ，ＰＮ）のうち、半値幅ＨＷＰが第６閾値Ｖth６以上となる２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ）を飽和吸収線であると認定する。
そして、吸収線判定手段３７３は、第２記憶部３７４Ｂに記憶された情報に基づき、第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２のピーク値（２次微分信号Ｓ２の出力値）を判別し、当該ピーク値に関連付けられた出力電圧Ｖの電圧値を、飽和吸収線が観測された際の出力電圧Ｖの電圧値として第１記憶部３７４Ａに記憶させる。 If it is determined as “Y” in step ST4B, the absorption line determination means 373 recognizes that the secondary differential signal S2 of the output waveform indicating the second behavior is a saturated absorption line (step ST4C: absorption) Line determination step).
For example, as shown in FIG. 12, the absorption line determination means 373 has a half-value width HWP of the secondary differential signal S2 (each peak P, PN) of the output waveform showing the second behavior within the range of the predetermined value V2. The second-order differential signal S2 (each peak P) having a value equal to or greater than the sixth threshold value Vth6 is recognized as a saturated absorption line.
Then, the absorption line determining means 373 calculates the peak value of the secondary differential signal S2 of the output waveform indicating the second behavior (the output value of the secondary differential signal S2) based on the information stored in the second storage unit 374B. The first storage unit 374A stores the voltage value of the output voltage V associated with the peak value as the voltage value of the output voltage V when the saturated absorption line is observed.

一方、ステップＳＴ４Ｂにおいて、「Ｎ」と判定された場合には、吸収線判定手段３７３は、飽和吸収線ではないと認定する（ステップＳＴ４Ｄ：吸収線判定工程）。
例えば、吸収線判定手段３７３は、図１２に示すように、所定値Ｖ２の範囲内で第２の挙動を示す出力波形の２次微分信号Ｓ２（各ピークＰ，ＰＮ）のうち、半値幅ＨＷＮが第６閾値Ｖth６未満となる２次微分信号Ｓ２（ピークＰＮ）については、飽和吸収線ではなく、ノイズが重畳された信号であると認定する。 On the other hand, when it is determined as “N” in step ST4B, the absorption line determination means 373 recognizes that it is not a saturated absorption line (step ST4D: absorption line determination step).
For example, as shown in FIG. 12, the absorption line determination means 373 has a half-value width HWN of the second derivative signal S2 (each peak P, PN) of the output waveform that exhibits the second behavior within the range of the predetermined value V2. The second differential signal S2 (peak PN) having a value less than the sixth threshold value Vth6 is not a saturated absorption line but a signal on which noise is superimposed.

上述した第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、「飽和吸収線と認められる信号としては、出力電圧Ｖが変化した際での２次微分信号Ｓ２の出力波形が第２の挙動を示し、かつ、当該出力波形の半値幅が所定の閾値（第６閾値Ｖth６）以上となるものである。」点に着目し、ステップＳＴ４Ａ〜ＳＴ４Ｄの処理により、飽和吸収線であるか否かを判定している。
このことにより、２次微分信号Ｓ２にノイズが重畳しているか否かを判定し、飽和吸収線を良好に認定できる。
特に、ステップＳＴ４Ａ〜ＳＴ４Ｄの処理により飽和吸収線であるか否かを判定することで、前記第２実施形態と同様に、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間に限らず、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間で、本来、観測されるはずのない飽和吸収線を誤って飽和吸収線であると認定することがない。
したがって、レーザ光Ｌ２の発振周波数を目標とする飽和吸収線ａ４に良好に合致させることができる。 According to the third embodiment described above, there are the following effects in addition to the same effects as in the first embodiment.
In the present embodiment, “As a signal recognized as a saturated absorption line, the output waveform of the secondary differential signal S2 when the output voltage V changes exhibits the second behavior, and the half-value width of the output waveform is Focusing on this point, it is determined whether or not it is a saturated absorption line by the processing of steps ST4A to ST4D.
This makes it possible to determine whether or not noise is superimposed on the secondary differential signal S2, and to satisfactorily recognize the saturated absorption line.
In particular, by determining whether or not it is a saturated absorption line by the processing of steps ST4A to ST4D, it belongs to the same peak group as well as between the peak groups M1 to M4 as in the second embodiment. Saturated absorption lines that should not be originally observed between saturated absorption line groups or between saturated absorption lines belonging to the same saturated absorption line group are not mistakenly recognized as saturated absorption lines. .
Therefore, it is possible to satisfactorily match the target saturated absorption line a4 with the oscillation frequency of the laser light L2.

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態において、飽和吸収線判定方法は、前記各実施形態で説明したフローに限らない。
すなわち、前記第１実施形態では、前記各実施形態では、第１比較工程ＳＴ２Ａ、第２比較工程ＳＴ２Ｂの順に処理を実行していたが、これに限らない。
例えば、第２比較工程ＳＴ２Ｂ、第１比較工程ＳＴ２Ａの順に処理を実行しても構わない。すなわち、光出力信号Ｓ１の出力値が第２閾値Ｖth２以上である場合に限って第１比較工程ＳＴ２Ａを実行し、当該第１比較工程ＳＴ２Ａにおいて、２次微分信号Ｓ２の出力値が第１閾値Ｖth１以上である場合に、当該信号を飽和吸収線であると認定する。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within a scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
In each said embodiment, the saturated absorption line determination method is not restricted to the flow demonstrated in each said embodiment.
That is, in the first embodiment, in each of the embodiments, the processing is performed in the order of the first comparison process ST2A and the second comparison process ST2B, but the present invention is not limited to this.
For example, you may perform a process in order of 2nd comparison process ST2B and 1st comparison process ST2A. That is, the first comparison step ST2A is executed only when the output value of the optical output signal S1 is greater than or equal to the second threshold value Vth2, and the output value of the secondary differential signal S2 is the first threshold value in the first comparison step ST2A. When Vth1 or higher, the signal is recognized as a saturated absorption line.

また、前記各実施形態での処理を組み合わせて、飽和吸収線であるか否かを判定しても構わない。
例えば、ピーク群Ｍ１〜Ｍ４同士の間では前記第１実施形態のフローにて飽和吸収線であるか否かを判定し、同一のピーク群に属する飽和吸収線群同士の間や、同一の飽和吸収線群に属する飽和吸収線同士の間では前記第２実施形態のフロー、あるいは、前記第３実施形態のフローにて飽和吸収線であるか否かを判定しても構わない。 Moreover, you may determine whether it is a saturated absorption line combining the process in the said each embodiment.
For example, it is determined whether or not the peak groups M1 to M4 are saturated absorption lines in the flow of the first embodiment, and between saturated absorption line groups belonging to the same peak group or the same saturation line. It may be determined between saturated absorption lines belonging to the absorption line group whether or not they are saturated absorption lines in the flow of the second embodiment or the flow of the third embodiment.

本発明は、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させてレーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置に利用できる。   The present invention provides a laser frequency that stabilizes the oscillation frequency of a laser beam to a specific saturated absorption line by changing the resonator length based on a saturated absorption line included in an optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with laser light. It can be used as a stabilization device.

１・・・レーザ周波数安定化装置
２５・・・ヨウ素セル（吸収セル）
２７・・・光検出器（変換装置）
３５・・・２次微分用ロックインアンプ（生成装置）
３７・・・制御装置
１２６・・・アクチュエータ
３７１・・・第１比較手段
３７２・・・第２比較手段
３７３・・・吸収線判定手段
３７５・・・波形判定手段
３７６・・・差分値比較手段
ＳＴ２Ａ・・・第１比較工程
ＳＴ２Ｂ・・・第２比較工程
ＳＴ２Ｃ，ＳＴ２Ｄ，ＳＴ３Ｂ，ＳＴ３Ｃ，ＳＴ４Ｃ，ＳＴ４Ｄ・・・吸収線判定工程
ＳＴ３Ａ，ＳＴ４Ａ・・・波形判定工程
ＳＴ４Ｂ・・・差分値比較工程 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser frequency stabilization apparatus 25 ... Iodine cell (absorption cell)
27 ... Photodetector (conversion device)
35 ... Lock-in amplifier for secondary differentiation (generator)
37 ... Control device 126 ... Actuator 371 ... First comparing means 372 ... Second comparing means 373 ... Absorption line judging means 375 ... Waveform judging means 376 ... Differential value comparing means ST2A: First comparison step ST2B: Second comparison step ST2C, ST2D, ST3B, ST3C, ST4C, ST4D ... Absorption line determination step ST3A, ST4A ... Waveform determination step ST4B ... Difference value comparison Process

Claims (6)

レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較工程と、
前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較工程と、
前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。 Laser frequency stabilization that stabilizes the oscillation frequency of the laser light to the specific saturated absorption line by changing the cavity length based on the saturated absorption line included in the optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with the laser light A saturated absorption line determination method for an apparatus,
A first comparison step of comparing the output value of the second derivative signal of the optical output signal with a first threshold value;
A second comparison step of comparing the output value of the optical output signal with a second threshold;
An absorption line determination step for determining whether or not the saturated absorption line is based on a comparison result of the first comparison step and the second comparison step. A saturated absorption line determination method, comprising: レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が所定値だけ変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、
前記波形判定工程の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。 Laser frequency stabilization that stabilizes the oscillation frequency of the laser light to the specific saturated absorption line by changing the cavity length based on the saturated absorption line included in the optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with the laser light A saturated absorption line determination method for an apparatus,
The output value of the secondary differential signal when the output value of the secondary differential signal of the optical output signal is compared with a third threshold value and a fourth threshold value that are in a magnitude relationship and the resonator length changes by a predetermined value. Is a waveform determination step for determining whether or not the behavior has changed from less than the fourth threshold to the third threshold or more and further changed to less than the fourth threshold;
An absorption line determination step of determining whether or not the saturated absorption line is based on a determination result of the waveform determination step. A saturated absorption line determination method, comprising: レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置の飽和吸収線判定方法であって、
前記光出力信号の２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定工程と、
前記波形判定工程にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較工程と、
前記差分値比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定工程とを備える
ことを特徴とする飽和吸収線判定方法。 Laser frequency stabilization that stabilizes the oscillation frequency of the laser light to the specific saturated absorption line by changing the cavity length based on the saturated absorption line included in the optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with the laser light A saturated absorption line determination method for an apparatus,
The output value of the secondary differential signal of the optical output signal is compared with a fifth threshold value, and the output waveform of the secondary differential signal when the resonator length changes is less than the fifth threshold value to the fifth threshold value. A waveform determination step for determining whether or not a behavior that is equal to or greater than a threshold and further changes to be less than the fifth threshold;
In the output waveform determined to show the behavior in the waveform determination step, a difference for comparing the difference value of each resonator length at which the output value of the secondary differential signal becomes a predetermined value and the sixth threshold value A value comparison process;
An absorption line determination step of determining whether or not the saturated absorption line is based on a comparison result of the difference value comparison step. A saturated absorption line determination method, comprising: レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と第１閾値とを比較する第１比較手段と、
前記光出力信号の出力値と第２閾値とを比較する第２比較手段と、
前記第１比較工程及び前記第２比較工程の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。 Laser frequency stabilization that stabilizes the oscillation frequency of the laser light to the specific saturated absorption line by changing the cavity length based on the saturated absorption line included in the optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with the laser light A device,
A conversion device for converting laser light through the absorption cell into the optical output signal;
A generator that generates a second derivative signal of the optical output signal converted by the converter;
An actuator for changing the resonator length;
A control device for controlling the operation of the actuator,
The controller is
First comparison means for comparing the output value of the secondary differential signal with a first threshold;
Second comparison means for comparing the output value of the optical output signal with a second threshold value;
Absorption line determination means for determining whether or not it is the saturated absorption line based on the comparison results of the first comparison step and the second comparison step. A laser frequency stabilization device, comprising: レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と大小関係にある第３閾値及び第４閾値とを比較し、前記共振器長が所定値だけ変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第４閾値未満から前記第３閾値以上となり、さらに前記第４閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、
前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。 Laser frequency stabilization that stabilizes the oscillation frequency of the laser light to the specific saturated absorption line by changing the cavity length based on the saturated absorption line included in the optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with the laser light A device,
A conversion device for converting laser light through the absorption cell into the optical output signal;
A generator that generates a second derivative signal of the optical output signal converted by the converter;
An actuator for changing the resonator length;
A control device for controlling the operation of the actuator,
The controller is
A third threshold value and a fourth threshold value that are in magnitude relation with the output value of the secondary differential signal are compared, and the output waveform of the secondary differential signal when the resonator length changes by a predetermined value is Waveform determination means for determining whether or not the behavior has changed from less than 4 threshold values to the third threshold value or more and further changed to less than the fourth threshold value;
Absorption line determination means for determining whether or not it is the saturated absorption line based on a determination result of the waveform determination means. A laser frequency stabilization device, comprising: レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づき共振器長を変化させて前記レーザ光の発振周波数を特定の前記飽和吸収線に安定化させるレーザ周波数安定化装置であって、
前記吸収セルを介したレーザ光を前記光出力信号に変換する変換装置と、
前記変換装置にて変換された前記光出力信号の２次微分信号を生成する生成装置と、
前記共振器長を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記２次微分信号の出力値と第５閾値とを比較し、前記共振器長が変化した際での前記２次微分信号の出力波形が、前記第５閾値未満から前記第５閾値以上となり、さらに前記第５閾値未満に変化する挙動を示したか否かを判定する波形判定手段と、
前記波形判定手段にて前記挙動を示したと判定された前記出力波形において、前記２次微分信号の出力値が所定値となった各前記共振器長の差分値と第６閾値とを比較する差分値比較手段と、
前記差分値比較手段の比較結果に基づいて、前記飽和吸収線であるか否かを判定する吸収線判定手段とを備える
ことを特徴とするレーザ周波数安定化装置。 Laser frequency stabilization that stabilizes the oscillation frequency of the laser light to the specific saturated absorption line by changing the cavity length based on the saturated absorption line included in the optical output signal obtained by irradiating the absorption cell with the laser light A device,
A conversion device for converting laser light through the absorption cell into the optical output signal;
A generator that generates a second derivative signal of the optical output signal converted by the converter;
An actuator for changing the resonator length;
A control device for controlling the operation of the actuator,
The controller is
The output value of the secondary differential signal is compared with a fifth threshold value, and the output waveform of the secondary differential signal when the resonator length is changed is less than the fifth threshold value to the fifth threshold value or more. Furthermore, waveform determination means for determining whether or not the behavior has changed to be less than the fifth threshold value;
In the output waveform determined to show the behavior by the waveform determination means, a difference for comparing the difference value of each resonator length at which the output value of the secondary differential signal becomes a predetermined value with a sixth threshold value A value comparison means;
Absorption line determination means for determining whether or not it is the saturated absorption line based on a comparison result of the difference value comparison means. A laser frequency stabilization device, comprising:
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