JP6101045B2 - Laser light source device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー光源装置に関する。 The present invention relates to a laser light source device.
従来、レーザー光の発振周波数を所望の周波数に安定化して出力するレーザー光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のレーザー光源装置は、励起光を射出する光源と、共振器とを備えている。共振器内部には、励起光で励起され基本波光を出力するレーザー媒体、基本波光を共振させる共振器ミラー、共振器ミラーの位置を変化させるアクチュエーター、エタロン等が設けられている。また、共振器や共振器内部の光学素子の温度を制御する温度制御部が設けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser light source device that stabilizes and outputs a laser light oscillation frequency to a desired frequency is known (for example, see Patent Document 1).
The laser light source device described in Patent Document 1 includes a light source that emits excitation light and a resonator. Inside the resonator, a laser medium that is excited by excitation light and outputs fundamental light, a resonator mirror that resonates the fundamental light, an actuator that changes the position of the resonator mirror, an etalon, and the like are provided. In addition, a temperature control unit that controls the temperature of the resonator and the optical element inside the resonator is provided.
ところで、上述のようなレーザー光源装置において、レーザー光の周波数を高度に安定化させるためには、共振器長を制御してレーザー周波数を安定化周波数に近付ける探索・誘導工程と、探索・誘導工程の後、レーザー周波数を安定化周波数に安定化（ロック）するロック工程とを行う必要がある。
ここで、探索・誘導工程では、共振器長を広範囲に変化させる必要があり、ロック工程では、共振器長を高分解能で変化させる必要がある。また、レーザー周波数をロックした後においても、レーザー光源装置の設置環境の変化（室温変化等）の影響により、共振器長がドリフトするため、その補正のために共振器長を広範囲に変化させる構成が必要となる。
By the way, in the laser light source device as described above, in order to highly stabilize the frequency of the laser light, a search / guidance process for controlling the resonator length to bring the laser frequency close to the stabilization frequency, and a search / guidance process After that, it is necessary to perform a lock process for stabilizing (locking) the laser frequency to the stabilization frequency.
Here, in the search / guidance process, it is necessary to change the resonator length over a wide range, and in the lock process, it is necessary to change the resonator length with high resolution. Even after locking the laser frequency, the resonator length drifts due to changes in the installation environment of the laser light source device (room temperature change, etc.). Is required.
以上のような条件から、従来、共振器長を制御する構成として、２つの異なる共振器制御手段を設けることが考えられていた。例えば、共振器の温度を制御する温度制御部と、共振器ミラーの位置を変化させるアクチュエーターとを有する構成とし、レーザー周波数を広範囲で走査する際には、温度制御部により共振器の温度を変化させ、レーザー周波数を高分解能で微調整する際には、アクチュエーターにより共振器ミラーの位置を微調整する。
しかしながら、このような構成では、温度制御部により、共振器の温度を変化させると、共振器内部の各光学素子の特性が変化したり、機械的アライメントに変化が生じたりし、これらの対策が必要となり、また、装置構成も複雑化する。
From the above conditions, it has been conventionally considered to provide two different resonator control means as a configuration for controlling the resonator length. For example, a temperature control unit that controls the temperature of the resonator and an actuator that changes the position of the resonator mirror are used. When the laser frequency is scanned over a wide range, the temperature control unit changes the temperature of the resonator. When the laser frequency is finely adjusted with high resolution, the position of the resonator mirror is finely adjusted by the actuator.
However, in such a configuration, if the temperature of the resonator is changed by the temperature control unit, the characteristics of each optical element inside the resonator may change or the mechanical alignment may change. It is also necessary and the device configuration is complicated.
その他の方法として、広範囲走査用のアクチュエーターと、高分解駆動用のアクチュエーターとを設ける構成等も考えられる。しかしながら、複数のアクチュエーターを用いると、各アクチュエーターを駆動させる駆動ドライバーがそれぞれ必要となり、共振器の構成も複雑化、大型化してしまい、コストも高くなるという課題がある。 As another method, a configuration in which an actuator for wide-range scanning and an actuator for high resolution driving are provided can be considered. However, when a plurality of actuators are used, a drive driver for driving each actuator is required, and there is a problem that the configuration of the resonator becomes complicated and large, and the cost increases.
本発明は、上記のような問題に鑑みて、簡素な構成で、レーザー周波数を広範囲かつ高分解能で制御可能なレーザー光源装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a laser light source device capable of controlling a laser frequency over a wide range and with high resolution with a simple configuration.
本発明のレーザー光源装置は、共振器の共振器長を変化させてレーザー光の発振周波数を変化させる単一のアクチュエーターと、前記アクチュエーターを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、入力された目標値に基づいて前記レーザー光の発振周波数を広範囲に亘って走査する粗動信号を生成する粗動制御器を含み、前記粗動信号を出力する粗動制御部と、入力された目標値に基づいて前記レーザー光の発振周波数を微小変化させる微動信号を生成する微動制御器を含み、前記微動信号を出力する微動制御部と、前記微動制御器により生成された前記微動信号を、前記粗動制御器の前段に出力する微動電圧制限部と、を備え、前記粗動信号及び前記微動信号を加算した制御信号を前記単一のアクチュエーターに印加することを特徴とする。 The laser light source device of the present invention, comprises a single actuator for varying the resonator length of the resonator varies the oscillation frequency of the laser beam, and a control means for controlling said actuator, said control means, input A coarse motion controller that generates a coarse motion signal that scans the oscillation frequency of the laser light over a wide range based on the target value, and outputs the coarse motion signal; and an input target A fine movement controller that generates a fine movement signal for minutely changing the oscillation frequency of the laser beam based on the value, a fine movement control unit that outputs the fine movement signal, and the fine movement signal generated by the fine movement controller, characterized by comprising a fine movement voltage limiting unit that outputs to the preceding stage of the coarse controller, and applying a control signal obtained by adding the coarse signal and the fine motion signal to said single actuator To.
本発明では、１つの周波数変更手段に対して、粗動制御部から出力される粗動信号と、微動制御部から出力される微動信号とを加算して周波数変更手段に出力する。このような構成では、粗動信号により共振器長を広範囲に亘って変化させて、レーザー光の発振周波数（レーザー周波数）を広範囲で走査して目標周波数近傍まで近付けさせることができる。また、微動信号により共振器長を高分解能で微小変化させて、レーザー周波数を目標周波数に精度よく合わせ込むことができる。また、レーザー周波数をロックした後においては、レーザー光源装置の設置環境の変化（例えば室温変化等）の影響による共振器長のドリフトを補正することができる。
したがって、本発明では、複数の周波数変更手段を設ける必要がなく、単一の周波数変更手段のみの簡素な構成で、レーザー周波数を広範囲かつ高分解能で走査することができる。
In the present invention, the coarse movement signal output from the coarse movement control unit and the fine movement signal output from the fine movement control unit are added to one frequency changing unit and output to the frequency changing unit. In such a configuration, the resonator length can be changed over a wide range by the coarse motion signal, and the oscillation frequency (laser frequency) of the laser light can be scanned over a wide range and brought close to the target frequency. Further, the laser length can be adjusted to the target frequency with high precision by finely changing the resonator length with a fine movement signal. In addition, after the laser frequency is locked, the resonator length drift due to the influence of the change in the installation environment of the laser light source device (for example, room temperature change) can be corrected.
Therefore, in the present invention, it is not necessary to provide a plurality of frequency changing means, and the laser frequency can be scanned over a wide range and with high resolution with a simple configuration using only a single frequency changing means.
本発明のレーザー光源装置では、前記粗動制御部は、入力された目標値に基づいて前記粗動信号を生成する粗動制御器を備え、前記微動制御部は、入力された目標値に基づいて前記微動信号を生成する微動制御器を備え、前記制御手段は、前記微動制御器により生成された前記微動信号を、前記粗動制御器の前段に出力する微動電圧制限部を備えることが好ましい。 In the laser light source device of the present invention, the coarse motion control unit includes a coarse motion controller that generates the coarse motion signal based on the input target value, and the fine motion control unit is based on the input target value. It is preferable that a fine movement controller that generates the fine movement signal is provided, and the control unit includes a fine movement voltage limiting unit that outputs the fine movement signal generated by the fine movement controller to a preceding stage of the coarse movement controller. .
微動制御部は、周波数変更部を微動駆動させるものであり、微動制御部により設定される微動信号の信号レベル（電圧レベル）は、狭い電圧範囲内に設定されている。一方、粗動制御部は、周波数変更部を粗動駆動させるものであり、粗動制御部により設定される粗動信号の信号レベル（電圧レベル）は、広い電圧範囲に設定されている。ここで、微動制御部及び粗動制御部の間に、微動電圧制限部が設けられていない構成では、微動制御部から出力される微動信号の信号レベルが大きくなり、設定された電圧範囲を超える（オーバーフロー）場合がある。この場合、周波数変更手段を精度よく制御することが困難となる。
これに対して、本発明では、微動電圧制限部により、微動信号を粗動制御器の前段に出力することで、その分、粗動制御器により生成される粗動信号が大きくなり、微動信号の信号レベルを小さくすることができる。したがって、微動信号の信号レベルを狭い電圧範囲内に抑えることができ、これにより、高分解能で周波数変更手段を駆動させることができる。
The fine movement control section finely drives the frequency changing section, and the signal level (voltage level) of the fine movement signal set by the fine movement control section is set within a narrow voltage range. On the other hand, the coarse motion control unit drives the frequency changing unit to perform coarse motion, and the signal level (voltage level) of the coarse motion signal set by the coarse motion control unit is set in a wide voltage range. Here, in the configuration in which the fine movement voltage limiting unit is not provided between the fine movement control unit and the coarse movement control unit, the signal level of the fine movement signal output from the fine movement control unit increases and exceeds the set voltage range. (Overflow). In this case, it becomes difficult to accurately control the frequency changing means.
In contrast, in the present invention, the fine movement voltage limiter outputs the fine movement signal to the preceding stage of the coarse movement controller, so that the coarse movement signal generated by the coarse movement controller is increased by that amount. The signal level can be reduced. Therefore, the signal level of the fine movement signal can be suppressed within a narrow voltage range, and thus the frequency changing means can be driven with high resolution.
本発明のレーザー光源装置では、前記微動電圧制限部は、前記周波数変更手段に対応したゲインを有し、前記微動信号に対して前記ゲインを乗算した周波数変動信号を前記粗動制御器の前段に出力することが好ましい。
本発明では、微動電圧制限部は、周波数変更手段に対応したゲインを有する。つまり、微動電圧制限部は、微動信号を周波数変更手段に出力した際の周波数変化量を示す周波数変動信号を粗動制御器に出力することができる。このため、粗動制御器は、目標値に基づいた目標信号と周波数変動信号とが加算された信号に基づいて、粗動信号を出力することになり、効果的に微動信号を低減させることができるとともに、目標値と微動信号に基づいて生成される粗動信号で精度よく周波数変更手段を駆動させることができる。
In the laser light source device of the present invention, the fine movement voltage limiting unit has a gain corresponding to the frequency changing means, and a frequency fluctuation signal obtained by multiplying the fine movement signal by the gain is provided in the previous stage of the coarse movement controller. It is preferable to output.
In the present invention, the fine movement voltage limiting unit has a gain corresponding to the frequency changing means. That is, the fine movement voltage limiting unit can output a frequency fluctuation signal indicating the amount of frequency change when the fine movement signal is output to the frequency changing means to the coarse movement controller. For this reason, the coarse motion controller outputs the coarse motion signal based on the signal obtained by adding the target signal based on the target value and the frequency fluctuation signal, and can effectively reduce the fine motion signal. In addition, the frequency changing means can be driven with high accuracy by the coarse motion signal generated based on the target value and the fine motion signal.
本発明のレーザー光源装置では、前記制御手段は、前記周波数変更手段による前記共振器長の変化に基づいた制御量を検出し、当該制御量に基づいたフィードバック信号を前記粗動制御部及び前記微動制御部に出力するフィードバック制御部を備え、前記粗動制御部及び前記微動制御部は、前記フィードバック信号に基づいたフィードバック制御を実施することが好ましい。
本発明では、粗動制御部及び微動制御部は、周波数変更手段の駆動により変化する制御量に基づいたフィードバック信号に基づいて、粗動信号及び微動信号を適切に設定することができ、共振器から出力されるレーザー光の発振周波数を高精度に目標とする周波数に安定化させることができる。
In the laser light source device of the present invention, the control unit detects a control amount based on the change in the resonator length by the frequency changing unit, and sends a feedback signal based on the control amount to the coarse motion control unit and the fine motion unit. It is preferable that a feedback control unit for outputting to the control unit is provided, and that the coarse motion control unit and the fine motion control unit perform feedback control based on the feedback signal.
In the present invention, the coarse motion control unit and the fine motion control unit can appropriately set the coarse motion signal and the fine motion signal based on the feedback signal based on the control amount that is changed by driving the frequency changing unit, and the resonator. It is possible to stabilize the oscillation frequency of the laser beam output from the target frequency with high accuracy.
以下、本発明に係る一実施形態のレーザー光源装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のレーザー光源装置の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、レーザー光源装置１は、レーザーヘッド部２と、コントローラー部３と、を備え、コントローラー部３によりレーザーヘッド部２を制御することで、所望の周波数に安定化されたレーザー光（オフセットレーザー光）を外部に出射する。
Hereinafter, a laser light source device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the laser light source device of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the laser light source device 1 includes a laser head unit 2 and a controller unit 3, and a laser stabilized at a desired frequency by controlling the laser head unit 2 by the controller unit 3. Light (offset laser light) is emitted to the outside.
より具体的には、レーザーヘッド部２は、オフセットロックレーザー光源２１と、基準レーザー光源２２と、第一ビームスプリッター２３と、第二ビームスプリッター２４と、ディテクター２５とを備えている。
基準レーザー光源２２は、出射されるレーザー光（基準レーザー光）の中心周波数が高度に安定化されたレーザー光源である。この基準レーザー光源２２において、基準レーザー光の前記中心周波数が所定周波数となる各設定条件（例えば共振器長、共振器温度、出力電圧等）は予め測定されており、例えばコントローラー部３の記憶手段（図示略）に記憶されている。そして、コントローラー部３は、この設定条件を読み出して基準レーザー光源２２を駆動させることで、上記のような所定周波数（ｆＲ）の基準レーザー光を出射させる。
More specifically, the laser head unit 2 includes an offset lock laser light source 21, a reference laser light source 22, a first beam splitter 23, a second beam splitter 24, and a detector 25.
The reference laser light source 22 is a laser light source in which the center frequency of emitted laser light (reference laser light) is highly stabilized. In this reference laser light source 22, each setting condition (for example, resonator length, resonator temperature, output voltage, etc.) at which the center frequency of the reference laser light becomes a predetermined frequency is measured in advance. (Not shown). Then, the controller unit 3 reads out the setting condition and drives the reference laser light source 22 to emit the reference laser light having the predetermined frequency (f R ) as described above.
第一ビームスプリッター２３は、オフセットロックレーザー光源２１から出射されるレーザー光（オフセットレーザー光）の一部を基準レーザー光に向かって反射させ、残りを外部に出射させる。
第二ビームスプリッター２４は、第一ビームスプリッター２３により反射された一部のオフセットレーザー光を、基準レーザー光の光進行方向に反射させ、基準レーザー光源２２から出射された基準レーザー光を透過させる。
ディテクター２５は、ビート干渉計であり、オフセットレーザー光及び基準レーザー光の干渉光からビート信号（ビート周波数）を検出し、コントローラー部３に出力する。なお、ディテクター２５により検出されるビート周波数が、本発明の制御量となる。
The first beam splitter 23 reflects part of the laser light (offset laser light) emitted from the offset lock laser light source 21 toward the reference laser light and emits the rest to the outside.
The second beam splitter 24 reflects a part of the offset laser light reflected by the first beam splitter 23 in the light traveling direction of the reference laser light, and transmits the reference laser light emitted from the reference laser light source 22.
The detector 25 is a beat interferometer, detects a beat signal (beat frequency) from the interference light of the offset laser light and the reference laser light, and outputs it to the controller unit 3. The beat frequency detected by the detector 25 is the control amount of the present invention.
［オフセットロックレーザー光源２１の構成］
図２は、オフセットロックレーザー光源２１の概略構成を示す図である。
オフセットロックレーザー光源２１は、図２に示すように、電流入力により励起光を出力する励起光源２１０と、共振器２１１と、共振器２１１から出射された光を出力する出射レンズ２１２と、を備える。
励起光源２１０は、光源２１３及びコリメーターレンズ２１４を備える。光源２１３は、コントローラー部３の制御に基づいて電圧が印加されることで、励起光を出射する。
コリメーターレンズ２１４は、光源２１３から出射された励起光を平行化し、共振器２１１に向かって出力する。
[Configuration of Offset Lock Laser Light Source 21]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the offset lock laser light source 21.
As shown in FIG. 2, the offset-lock laser light source 21 includes a pump light source 210 that outputs pump light by current input, a resonator 211, and an output lens 212 that outputs light output from the resonator 211. .
The excitation light source 210 includes a light source 213 and a collimator lens 214. The light source 213 emits excitation light when a voltage is applied based on the control of the controller unit 3.
The collimator lens 214 collimates the excitation light emitted from the light source 213 and outputs the parallel light toward the resonator 211.
共振器２１１は、図２に示すように、集光レンズ２１５、レーザー媒質２１６、エタロン２１７、共振器ミラー２１８、駆動アクチュエーター２１９（本発明の周波数変更手段）、及びＴＥクーラー（図示略）を備えている。
集光レンズ２１５は、励起光源２１０からの励起光をレーザー媒質２１６に集光させる。
レーザー媒質２１６は、励起光を受けて所定周波数のレーザー光を発振する。
エタロン２１７は、複数の縦モードで発振しているレーザー光のうち、所定の周波数の縦モードのレーザー光のみを透過させる。すなわち、マルチモードで発振されるレーザー光をシングルモードに変換する。
共振器ミラー２１８は、レーザー媒質２１６の端面に設けられた反射ミラー（図示略）との間で、レーザー光を共振させる。また、共振器ミラー２１８は、共振により強め合った所定周波数（レーザー周波数）のレーザー光の一部を透過させる。
As shown in FIG. 2, the resonator 211 includes a condenser lens 215, a laser medium 216, an etalon 217, a resonator mirror 218, a drive actuator 219 (frequency changing means of the present invention), and a TE cooler (not shown). ing.
The condensing lens 215 condenses the excitation light from the excitation light source 210 on the laser medium 216.
The laser medium 216 oscillates laser light having a predetermined frequency in response to excitation light.
The etalon 217 transmits only the laser light in the longitudinal mode having a predetermined frequency among the laser lights oscillating in a plurality of longitudinal modes. That is, the laser light oscillated in multimode is converted to single mode.
The resonator mirror 218 resonates laser light with a reflection mirror (not shown) provided on the end face of the laser medium 216. The resonator mirror 218 transmits a part of laser light having a predetermined frequency (laser frequency) strengthened by resonance.
駆動アクチュエーター２１９は、本発明の周波数変更手段を構成する。この駆動アクチュエーター２１９は、例えばピエゾ素子等の圧電素子を備えて構成される圧電アクチュエーターである。そして、この駆動アクチュエーター２１９は、コントローラー部３の制御の下で駆動され、共振器ミラー２１８を共振器２１１の光軸に沿って移動させることで、共振器長を変化させる。この共振器長の変化に伴って、共振周波数が変化し、共振器２１１から出射されるレーザー光の周波数が変化する。 The drive actuator 219 constitutes the frequency changing means of the present invention. The drive actuator 219 is a piezoelectric actuator configured to include a piezoelectric element such as a piezoelectric element. The drive actuator 219 is driven under the control of the controller unit 3 to change the resonator length by moving the resonator mirror 218 along the optical axis of the resonator 211. As the resonator length changes, the resonance frequency changes, and the frequency of the laser light emitted from the resonator 211 changes.
ＴＥクーラーは、コントローラー部３の制御の下、共振器２１１の温度を変化させる。本実施形態では、共振器ミラー２１８を共振器２１１の光軸に沿って移動させることで共振器長を変化させる。したがって、コントローラー部３は、共振器長が温度により変動しないように、ＴＥクーラーを制御して共振器２１１の温度を一定値に維持する。 The TE cooler changes the temperature of the resonator 211 under the control of the controller unit 3. In this embodiment, the resonator length is changed by moving the resonator mirror 218 along the optical axis of the resonator 211. Therefore, the controller unit 3 maintains the temperature of the resonator 211 at a constant value by controlling the TE cooler so that the resonator length does not vary with temperature.
［コントローラー部３の構成］
コントローラー部３は、本発明の制御手段を構成し、図１に示すように、基準レーザー光源２２を制御する基準レーザー制御手段３１と、オフセットロックレーザー光源２１を制御するオフセットレーザー制御手段３２と、を備えている。また、図示は省略するが、コントローラー部３は、所定の周波数で高度に安定化された基準レーザー光を射出させるための、基準レーザー光源２２の各種条件等を記憶する記憶手段を備えている。
基準レーザー制御手段３１は、記憶手段に記憶された各種条件に基づいて、基準レーザー光源２２から基準レーザー光を出射させる。
[Configuration of controller unit 3]
The controller unit 3 constitutes the control means of the present invention, and as shown in FIG. 1, a reference laser control means 31 for controlling the reference laser light source 22, an offset laser control means 32 for controlling the offset lock laser light source 21, It has. Although not shown, the controller unit 3 includes storage means for storing various conditions and the like of the reference laser light source 22 for emitting reference laser light highly stabilized at a predetermined frequency.
The reference laser control means 31 emits reference laser light from the reference laser light source 22 based on various conditions stored in the storage means.
［オフセットレーザー制御手段３２の構成］
図３は、オフセットレーザー制御手段３２のシステム構成を示す構成図である。
図３に示すように、オフセットレーザー制御手段３２は、基準周波数源４１と、第一分周器４２と、フィードバック制御部４３と、微動制御部４４と、微動電圧制限部４５と、粗動制御部４６と、信号合成部４７と、を備えている。
[Configuration of Offset Laser Control Unit 32]
FIG. 3 is a configuration diagram showing a system configuration of the offset laser control means 32.
As shown in FIG. 3, the offset laser control means 32 includes a reference frequency source 41, a first frequency divider 42, a feedback control unit 43, a fine movement control unit 44, a fine movement voltage limiting unit 45, and a coarse movement control. A unit 46 and a signal synthesis unit 47.
基準周波数源４１は、オフセットロックレーザー光源２１から出力されるオフセットレーザー光の周波数目標値（基準レーザー光の光周波数とオフセットレーザー光の光周波数との差の目標値）である基準周波数ｆｒを出力する。
第一分周器４２は、所定の分周数Ｂ（Ｂは整数）で、基準周波数源４１から出力される基準周波数ｆｒを分周し、後述する微動制御部４４の微動用周波数カウンター４４１、及び粗動制御部４６の粗動用周波数カウンター４６０が動作可能な周波数帯域の信号に変換する。なお、第一分周器４２から出力される信号波形は、矩形波状となっている。
Reference frequency source 41, the reference frequency f r is a (target value of the difference between the reference laser light frequency and offset laser optical frequency) offset-locked laser light source 21 offset laser frequency target value output from the Output.
The first frequency divider 42 at a predetermined division number B (B is an integer), and divides the reference frequency f r which is output from the reference frequency source 41, fine control frequency counter 441 of the fine motion control unit 44 to be described later , And the coarse motion frequency counter 460 of the coarse motion control unit 46 converts the signal into a frequency band signal that can be operated. The signal waveform output from the first frequency divider 42 has a rectangular wave shape.
フィードバック制御部４３は、第二分周器４３１、微動用ビート周波数カウンター４３２、及び粗動用ビート周波数カウンター４３３を備える。
第二分周器４３１は、ディテクター２５から出力されるビート信号（ビート周波数ｆＢ）を第一分周器４２と同じ分周数Ｂで分周する。第二分周器４３１を通過した信号の信号波形は矩形波状となっており、各ビート周波数カウンター４３２，４３３でパルス数を計数することで周波数カウント値Ｎｂ，Ｎｂ２が得られる。
微動用ビート周波数カウンター４３２におけるカウント値Ｎｂは、微動制御部４４に出力され、粗動用ビート周波数カウンター４３３におけるカウント値Ｎｂ２は、粗動制御部４６に出力される。
The feedback control unit 43 includes a second frequency divider 431, a fine movement beat frequency counter 432, and a coarse movement beat frequency counter 433.
The second frequency divider 431 divides the beat signal (beat frequency f B ) output from the detector 25 by the same frequency division number B as the first frequency divider 42. The signal waveform of the signal that has passed through the second frequency divider 431 has a rectangular wave shape, and the frequency count values N b and N b2 are obtained by counting the number of pulses by the beat frequency counters 432 and 433.
The count value N b in the fine movement beat frequency counter 432 is output to the fine movement control unit 44, and the count value N b2 in the coarse movement beat frequency counter 433 is output to the coarse movement control unit 46.
微動制御部４４は、図３に示すように、微動用周波数カウンター４４１、微動用比較演算部４４２、微動用周波数変換部４４３、微動制御器４４４、微動用増幅器４４５、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバーター）４４６、微動用ＬＰＦ（ローパスフィルター）４４７、及び微動用減衰器４４８を備える。
微動用周波数カウンター４４１は、第一分周器４２を通過した信号（矩形波状）のパルス数を計数し、カウント値Ｎｒを出力する。
微動用比較演算部４４２は、微動用周波数カウンター４４１のカウント値Ｎｒと、微動用ビート周波数カウンター４３２のカウント値Ｎｂとの差（Ｎｒ−Ｎｂ）を算出する。
微動用周波数変換部４４３は、微動用比較演算部４４２より算出された周波数カウント値の差（Ｎｒ−Ｎｂ）に対して所定のゲインＨをかけ合せ、周波数差（ｆｒ−ｆｂ）に変換する。なお、微動制御部４４では、この周波数差（ｆｒ−ｆｂ）が、小さくなるように駆動アクチュエーター２１９を制御する。
As shown in FIG. 3, the fine movement control unit 44 includes a fine movement frequency counter 441, a fine movement comparison calculation unit 442, a fine movement frequency conversion unit 443, a fine movement controller 444, a fine movement amplifier 445, and a DAC (D / A converter). 446, an LPF (low pass filter) 447 for fine movement, and an attenuator 448 for fine movement.
The fine movement frequency counter 441 counts the number of pulses of the signal (rectangular wave shape) that has passed through the first frequency divider 42 and outputs a count value Nr .
The fine movement comparison calculation unit 442 calculates the difference (N r −N b ) between the count value N r of the fine movement frequency counter 441 and the count value N b of the fine movement beat frequency counter 432.
The fine motion frequency conversion unit 443 multiplies the frequency count value difference (N r −N b ) calculated by the fine motion comparison operation unit 442 by a predetermined gain H to obtain a frequency difference (f r −f b ). Convert to The fine movement control unit 44 controls the drive actuator 219 so that the frequency difference (f r −f b ) becomes small.
微動制御器４４４は、周波数差（ｆｒ−ｆｂ）に対して制御演算を実施し、電圧値（微動電圧信号Ｖｆ）を算出する。ここで、微動制御器４４４のパラメーターの設定により、駆動アクチュエーター２１９の応答性等を適宜設定することができる。
微動用増幅器４４５は、微動制御器４４４から入力される微動電圧信号Ｖｆ（微動信号）を所定の微動用ゲインＧｆにより増幅する。
ＤＡＣ４４６は、微動用増幅器４４５から入力される微動電圧信号Ｖｆ（デジタル）をアナログ信号に変換する。
微動用ＬＰＦ４４７は、周波数帯域を所定帯域以下に制限することで、ノイズを低減する。なお、微動用ＬＰＦ４４７の帯域設定により、駆動アクチュエーター２１９の応答性を適切な値に設定することができる。
微動用減衰器４４８は、微動用増幅器４４５により増幅された微動電圧信号Ｖｆの電圧レベルを１／Ｇｆ倍し、小さくする。これにより、狭い電圧範囲（例えば１〜１０Ｖ程度）の微動電圧信号Ｖｆが出力されることになり、量子化誤差の影響を低減でき、高分解能での微動制御が実施可能となる。
Fine movement controller 444 performs a control operation on the frequency difference (f r −f b ) to calculate a voltage value (fine movement voltage signal V f ). Here, the response of the drive actuator 219 and the like can be appropriately set by setting the parameters of the fine movement controller 444.
The fine movement amplifier 445 amplifies the fine movement voltage signal V f (fine movement signal) input from the fine movement controller 444 with a predetermined fine movement gain G f .
The DAC 446 converts the fine movement voltage signal V f (digital) input from the fine movement amplifier 445 into an analog signal.
The fine movement LPF 447 reduces the noise by limiting the frequency band to a predetermined band or less. Note that the response of the drive actuator 219 can be set to an appropriate value by setting the band of the fine movement LPF 447.
Fine control attenuator 448, the voltage level of the amplified micromotion voltage signal V f by fine control amplifier 445 multiplies 1 / G f, reduced. This makes it possible to fine motion voltage signal V f a narrow voltage range (for example, about 1 to 10V) is outputted, it is possible to reduce the influence of quantization errors, the fine motion control of high resolution becomes possible.
また、微動制御部４４の微動制御器４４４と、微動用増幅器４４５との間には、微動電圧制限部４５が接続されており、この微動電圧制限部４５により微動制御部４４及び粗動制御部４６が接続されている。
具体的には、この微動電圧制限部４５は、所定のゲインＯ（定数）を有するアンプであり、微動制御器４４４から出力された微動電圧信号Ｖｆが、ゲインＯとかけ合わされて粗動制御部４６の粗動制御器４６４の前段に出力される。このゲインＯとしては、例えば駆動アクチュエーター２１９に相当するゲインに設定されていることが好ましい。この場合、微動電圧制限部４５を疑似的な駆動アクチュエーター２１９のモデルとして機能させることができ、微動電圧信号Ｖｆを駆動アクチュエーター２１９に印加した際の周波数変化を示す周波数変動信号ｆｓが出力される。
Further, a fine movement voltage limiting unit 45 is connected between the fine movement controller 444 of the fine movement control unit 44 and the fine movement amplifier 445, and the fine movement voltage limiting unit 45 causes the fine movement control unit 44 and the coarse movement control unit to be connected. 46 is connected.
Specifically, the fine movement voltage limiter 45 is an amplifier having a predetermined gain O (constant), and the fine movement voltage signal V f output from the fine movement controller 444 is multiplied by the gain O to perform coarse movement control. It is output to the preceding stage of the coarse motion controller 464 of the unit 46. The gain O is preferably set to a gain corresponding to the drive actuator 219, for example. In this case, the fine movement voltage limiter 45 can function as a model of the pseudo drive actuator 219, and a frequency fluctuation signal f s indicating a frequency change when the fine movement voltage signal V f is applied to the drive actuator 219 is output. The
このような微動電圧制限部４５が設けられることで、微動制御部４４における出力電圧（微動電圧信号Ｖｆ）を小さく抑えることができる。
つまり、微動制御部４４では、駆動アクチュエーター２１９を微動駆動させることで、高分解能でレーザー光の発振周波数を変化させる。したがって、微動制御部４４において出力される微動電圧信号Ｖｆは、粗動制御部４６により出力される粗動電圧信号Ｖｃに比べて小さい信号となり、許容される微動電圧信号Ｖｆの電圧範囲も狭くなる。したがって、微動電圧信号Ｖｆは、この電圧範囲内に抑える必要がある。
本実施形態では、微動電圧制限部４５が設けられることで、微動制御器４４４から粗動制御部４６に周波数変動信号ｆｓが入力され、粗動制御部４６における出力が増加される。これにより、微動制御部４４における微動電圧信号Ｖｆが所定の電圧範囲内となるように制限することができる。
By providing such a fine movement voltage limiting unit 45, the output voltage (fine movement voltage signal V f ) in the fine movement control unit 44 can be kept small.
That is, the fine movement control unit 44 finely drives the drive actuator 219 to change the oscillation frequency of the laser light with high resolution. Therefore, the fine movement voltage signal V f output from the fine movement control unit 44 is smaller than the coarse movement voltage signal V c output from the coarse movement control unit 46, and the allowable voltage range of the fine movement voltage signal V f is. Becomes narrower. Therefore, the fine movement voltage signal Vf needs to be suppressed within this voltage range.
In the present embodiment, by providing the fine movement voltage limiting unit 45, the frequency fluctuation signal f s is input from the fine movement controller 444 to the coarse movement control unit 46, and the output in the coarse movement control unit 46 is increased. Thereby, the fine movement voltage signal Vf in the fine movement control unit 44 can be limited to be within a predetermined voltage range.
粗動制御部４６は、図３に示すように、粗動用周波数カウンター４６０、粗動用比較演算部４６１、粗動用周波数変換部４６２、微動信号合成部４６３、粗動制御器４６４、オフセット信号出力部４６５、粗動用減衰器４６６、ＤＡＣ４６７、粗動用ＬＰＦ４６８、及び粗動用増幅器４６９を備える。
粗動用周波数カウンター４６０は、第一分周器４２を通過した信号（矩形波状）のパルス数を計数し、カウント値Ｎｒ２を出力する。
粗動用比較演算部４６１は、粗動用周波数カウンター４６０のカウント値Ｎｒ２と、粗動用ビート周波数カウンター４３３のカウント値Ｎｂ２との差（Ｎｒ２−Ｎｂ２）を算出する。
粗動用周波数変換部４６２は、粗動用比較演算部４６１より算出された周波数カウント値の差（Ｎｒ２−Ｎｂ２）に対して所定のゲインＨ２をかけ合せ、周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）に変換する。なお、粗動制御部４６においても、この周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）が、小さくなるように駆動アクチュエーター２１９を制御する。
As shown in FIG. 3, the coarse motion control unit 46 includes a coarse motion frequency counter 460, a coarse motion comparison calculation unit 461, a coarse motion frequency conversion unit 462, a fine motion signal synthesis unit 463, a coarse motion controller 464, and an offset signal output unit. 465, coarse motion attenuator 466, DAC 467, coarse motion LPF 468, and coarse motion amplifier 469.
The coarse motion frequency counter 460 counts the number of pulses of the signal (rectangular wave) that has passed through the first frequency divider 42, and outputs a count value Nr2 .
The coarse motion comparison calculation unit 461 calculates a difference (N r2 −N b2 ) between the count value N r2 of the coarse motion frequency counter 460 and the count value N b2 of the coarse motion beat frequency counter 433.
The coarse motion frequency conversion unit 462 multiplies the frequency count value difference (N r2 −N b2 ) calculated by the coarse motion comparison operation unit 461 by a predetermined gain H 2 to obtain a frequency difference (f r2 −f b2). ). The coarse motion control unit 46 also controls the drive actuator 219 so that this frequency difference (f r2 −f b2 ) becomes small.
微動信号合成部４６３は、粗動用周波数変換部４６２からの出力値（ｆｒ２−ｆｂ２）と、微動電圧制限部４５から入力される周波数変動信号ｆｓとを加算した信号値を出力する。
粗動制御器４６４は、微動信号合成部４６３から出力される信号値に対して制御演算を実施し、電圧信号Ｖｃ１（粗動信号）を算出する。ここで、粗動制御器４６４のパラメーターの設定により、駆動アクチュエーター２１９の応答性等を適宜設定することができる。
The fine movement signal synthesizer 463 outputs a signal value obtained by adding the output value (f r2 -f b2 ) from the coarse movement frequency converter 462 and the frequency fluctuation signal f s input from the fine movement voltage limiter 45.
The coarse motion controller 464 performs a control operation on the signal value output from the fine motion signal synthesis unit 463, and calculates the voltage signal V c1 (coarse motion signal). Here, the response of the drive actuator 219 and the like can be appropriately set by setting the parameters of the coarse motion controller 464.
オフセット信号出力部４６５は、駆動アクチュエーター２１９を粗動駆動させて、レーザー周波数を目標値（基準周波数）近傍に近付ける際（周波数粗動走査時）に用いられ、オフセット信号Ｖｏｆｆを出力する。
また、この周波数粗動走査において、オフセットレーザー光の周波数が基準周波数近傍の値になると、つまり、周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）が所定の閾値以下となると、オフセット信号をロックし、以降、ロックしたオフセット信号Ｖｏｆｆを出力し続ける。これにより、粗動制御器４６４から出力される粗動信号Ｖｃ１と、オフセット信号Ｖｏｆｆとが加算器４６５Ａにより加算され、粗動電圧信号Ｖｃとして粗動用減衰器４６６に出力される。
The offset signal output unit 465 is used when the drive actuator 219 is coarsely driven to bring the laser frequency close to the target value (reference frequency) (frequency coarse movement scanning), and outputs the offset signal V off .
Further, in this frequency coarse scanning, when the frequency of the offset laser light becomes a value near the reference frequency, that is, when the frequency difference (f r2 −f b2 ) is equal to or smaller than a predetermined threshold, the offset signal is locked, and thereafter Continue to output the locked offset signal V off . As a result, the coarse motion signal V c1 output from the coarse motion controller 464 and the offset signal V off are added by the adder 465A and output to the coarse motion attenuator 466 as the coarse motion voltage signal V c .
粗動用減衰器４６６は、粗動用ゲインＧｃを用いて、粗動電圧信号Ｖｃの電圧レベルを１／Ｇｃ倍する。
ＤＡＣ４６７は、粗動用減衰器４６６から入力される粗動電圧信号Ｖｃ（デジタル）をアナログ信号に変換する。
粗動用ＬＰＦ４６８は、周波数帯域を所定帯域以下に制限することで、ノイズを低減する。なお、粗動用ＬＰＦ４６８の帯域設定により、駆動アクチュエーター２１９の応答性を適切な値に設定することができる。
粗動用増幅器４６９は、粗動用減衰器４６６により減衰された粗動電圧信号Ｖｃの電圧レベルをＧｃ倍する。これにより、広範囲の駆動電圧（例えば１Ｖ〜１００Ｖ）の設定ができ、周波数粗動走査における駆動アクチュエーター２１９の駆動量を広げることができ、レーザー周波数を広い範囲で走査させることができる。また、微動制御においても、温度変化等による共振器長のドリフトに対応することができる。
Coarse for attenuators 466, using Sodoyo gain G c, is 1 / G c multiplying the voltage level of the coarse voltage signal V c.
The DAC 467 converts the coarse motion voltage signal V c (digital) input from the coarse motion attenuator 466 into an analog signal.
The coarse motion LPF 468 reduces noise by limiting the frequency band to a predetermined band or less. The response of the drive actuator 219 can be set to an appropriate value by setting the band of the coarse motion LPF 468.
The coarse motion amplifier 469 multiplies the voltage level of the coarse motion voltage signal V c attenuated by the coarse motion attenuator 466 by G c . Thereby, a wide range of driving voltages (for example, 1V to 100V) can be set, the driving amount of the driving actuator 219 in frequency coarse scanning can be widened, and the laser frequency can be scanned in a wide range. Also in the fine movement control, it is possible to cope with a resonator length drift due to a temperature change or the like.
信号合成部４７は、微動制御部４４から出力される微動電圧信号Ｖｆと、粗動制御部４６から出力される粗動電圧信号Ｖｃとを加算し、駆動アクチュエーター２１９に出力する。 The signal synthesis unit 47 adds the fine movement voltage signal V f output from the fine movement control unit 44 and the coarse movement voltage signal V c output from the coarse movement control unit 46, and outputs the result to the drive actuator 219.
なお、上述したオフセットレーザー制御手段３２において、各周波数カウンター４３２，４３３，４４１，４６０は、所定のゲート時間の間だけ、周波数カウントを実施し、周波数カウント終了後は、カウント値をリセットして再度カウントを開始する。これにより、各周波数カウンター４３２，４３３，４４１，４６０における周波数カウント値は、ゲート時間間隔で更新されることになり、各制御器４４４，４６４から出力される電圧信号Ｖｆ，Ｖｃ１もゲート時間間隔で更新されることになる。このため、ゲート時間を設定することで、制御速度を適切な値に設定することができる。また、例えば、粗動制御に用いるゲート時間（粗動用ビート周波数カウンター４３３及び粗動用周波数カウンター４６０のゲート時間）と、微動制御に用いるゲート時間（微動用ビート周波数カウンター４３２及び微動用周波数カウンター４４１のゲート時間）とをそれぞれ異なる値に設定することも可能であり、これにより、粗動駆動と微動駆動とにおいて異なる制御速度（応答速度）で駆動アクチュエーター２１９を駆動させることも可能となる。 In the offset laser control means 32 described above, the frequency counters 432, 433, 441, and 460 perform frequency counting only for a predetermined gate time, and after the frequency counting is finished, reset the count value again. Start counting. As a result, the frequency count values in the frequency counters 432, 433, 441, and 460 are updated at the gate time interval, and the voltage signals V f and V c1 output from the controllers 444 and 464 are also gate time. It will be updated at intervals. For this reason, the control speed can be set to an appropriate value by setting the gate time. Further, for example, the gate time used for coarse motion control (gate time of coarse motion beat frequency counter 433 and coarse motion frequency counter 460) and the gate time used for fine motion control (beat frequency counter 432 for fine motion and frequency counter for fine motion 441) It is also possible to set different values for the gate time), whereby the drive actuator 219 can be driven at different control speeds (response speeds) in coarse driving and fine driving.
［レーザー光源装置１における周波数安定化処理］
次に、上述したレーザー光源装置１におけるオフセットレーザー光の周波数安定化処理について、図面に基づいて説明する。
図４は、レーザー光源装置１におけるオフセットレーザー光の周波数安定化処理を示すフローチャートである。
図５は、周波数粗動走査前におけるオフセットロックレーザー光源２１から出射されるオフセットレーザー光と、基準レーザー光源２２から出射される基準レーザー光の周波数を示す図である。
図６は、オフセットレーザー光の光周波数値が、基準レーザー光の光周波数値から基準周波数値だけ離れた周波数値付近にまで走査された状態を示す図である。
図７は、オフセットレーザー光が基準周波数に安定化された状態のオフセットレーザー光の周波数を示す図である。
本実施形態のレーザー光源装置１は、図５に示すようなオフセットレーザー光の周波数を、目標である基準周波数ｆｒに設定して周波数ロックを行い、オフセットレーザー光の周波数安定化を行う。
[Frequency stabilization processing in the laser light source device 1]
Next, the frequency stabilization processing of the offset laser light in the laser light source device 1 described above will be described based on the drawings.
FIG. 4 is a flowchart showing the frequency stabilization process of the offset laser light in the laser light source device 1.
FIG. 5 is a diagram illustrating the frequencies of the offset laser light emitted from the offset-locked laser light source 21 and the reference laser light emitted from the reference laser light source 22 before the frequency coarse scanning.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the optical frequency value of the offset laser beam is scanned to a frequency value that is separated from the optical frequency value of the reference laser beam by the reference frequency value.
FIG. 7 is a diagram illustrating the frequency of the offset laser light in a state where the offset laser light is stabilized at the reference frequency.
The laser light source device 1 of the present embodiment performs frequency locking by setting the frequency of the offset laser light as shown in FIG. 5 to the target reference frequency fr to stabilize the frequency of the offset laser light.
これには、まず、図４に示すように、駆動アクチュエーター２１９の粗動駆動による探索・誘導ステップ（周波数粗動走査）を実施する（ステップＳ１）。
このステップＳ１では、基準レーザー制御手段３１は、基準レーザー光源２２を駆動させ、基準レーザー光源２２から周波数ｆＲの基準レーザー光を出射させる。
また、オフセットレーザー制御手段３２は、基準周波数源４１から基準周波数ｆｒを出力させるとともに、微動制御器４４４及び粗動制御器４６４からの出力信号（Ｖｆ，Ｖｃ１）を「０」に設定する。そして、オフセットレーザー制御手段３２は、オフセット信号出力部４６５から出力されるオフセット信号により駆動アクチュエーター２１９を粗動駆動させる。つまり、レーザー周波数を広範囲に亘って粗動走査させる。
そして、オフセットレーザー制御手段３２は、粗動用周波数変換部４６２により算出される周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）が第一閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
そして、ステップＳ２において、周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）が第一閾値より大きい場合、ステップＳ１に戻り、周波数粗動走査を継続させる。
一方、ステップＳ２において、周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）が第一閾値以下であると判定されると、オフセット信号出力部４６５は、オフセット信号Ｖｏｆｆを一定値に保つ（ステップＳ３）。これにより、図６に示すように、オフセットレーザー光の周波数が、目標値近傍のオフセット周波数ｆｏｆｆ付近になる。
For this, first, as shown in FIG. 4, a search / guidance step (frequency coarse motion scanning) by coarse drive of the drive actuator 219 is performed (step S1).
In step S1, the reference laser control unit 31 drives the reference laser light source 22 to emit the reference laser light of the frequency f R from the reference laser light source 22.
Further, the offset laser control unit 32 is set, along with outputting the reference frequency f r from the reference frequency source 41, the output signal (V f, V c1) from the fine motion controller 444 and the coarse controller 464 to "0" To do. Then, the offset laser control unit 32 causes the drive actuator 219 to be coarsely driven by the offset signal output from the offset signal output unit 465. That is, the laser frequency is coarsely scanned over a wide range.
Then, the offset laser control unit 32 determines whether or not the frequency difference (f r2 −f b2 ) calculated by the coarse motion frequency converter 462 is equal to or less than the first threshold (step S2).
In step S2, if the frequency difference (f r2 −f b2 ) is larger than the first threshold value, the process returns to step S1 to continue the frequency coarse scanning.
On the other hand, if it is determined in step S2 that the frequency difference ( fr2- fb2 ) is equal to or smaller than the first threshold value, the offset signal output unit 465 maintains the offset signal Voff at a constant value (step S3). Thereby, as shown in FIG. 6, the frequency of the offset laser light is in the vicinity of the offset frequency f off near the target value.
この後、オフセットレーザー制御手段３２は、駆動アクチュエーター２１９の微動駆動による周波数ロック処理を実施する。
これには、まず、オフセットレーザー制御手段３２は、微動制御器４４４及び粗動制御器４６４の出力値（Ｖｆ，Ｖｃ１）を有効にする（ステップＳ４）。これにより、微動制御器４４４及び粗動制御器４６４は、フィードバック制御部４３により検出されるビート周波数ｆＢ、及び基準周波数ｆｒに基づいたフィードバック制御を行い、レーザー周波数を高分解能で微動走査させる（ステップＳ５）。
このステップＳ５では、オフセットレーザー制御手段３２は、粗動用周波数変換部４６２により算出される周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）（または、微動用周波数変換部４４３により算出される周波数差（ｆｒ−ｆｂ））を監視し、この周波数差が「０」に近づくようにフィードバック制御を行う。
Thereafter, the offset laser control means 32 performs frequency lock processing by fine movement driving of the drive actuator 219.
For this, first, the offset laser control means 32 validates the output values (V f , V c1 ) of the fine movement controller 444 and the coarse movement controller 464 (step S4). Thus, the fine motion controller 444 and the coarse controller 464, the beat frequency f B, which is detected by the feedback control unit 43, and performs a feedback control based on the reference frequency f r, slightly moving scanning the laser frequency at high resolution (Step S5).
In this step S5, the offset laser control means 32 uses the frequency difference (f r2 −f b2 ) calculated by the coarse motion frequency converter 462 (or the frequency difference calculated by the fine motion frequency converter 443 (f r − f b )) is monitored, and feedback control is performed so that the frequency difference approaches “0”.
［周波数微動走査で出力される電圧信号］
次に、上述したステップＳ５のレーザー周波数の微動走査において、オフセットレーザー制御手段３２から出力される電圧信号について説明する。
上述したように、本実施形態のオフセットロックレーザー光源２１は、微動制御部４４から出力される微動電圧信号Ｖｆと、粗動制御部４６から出力される粗動電圧信号Ｖｃとを加算した制御信号Ｖに基づいて、駆動アクチュエーター２１９が駆動され、これにより周波数が変化する。ここで、微動電圧制限部４５により、微動制御部４４及び粗動制御部４６が接続されている。
このため、微動制御部４４から出力される微動電圧信号（Ｖｆ）、及び粗動制御部４６から出力される粗動電圧信号（Ｖｃ）は、それぞれ以下に示す式（１）及び式（２）の値となる。
[Voltage signal output by frequency fine scanning]
Next, a voltage signal output from the offset laser control means 32 in the fine scanning of the laser frequency in step S5 described above will be described.
As described above, the offset-locked laser light source 21 of the present embodiment adds the fine movement voltage signal V f output from the fine movement control unit 44 and the coarse movement voltage signal V c output from the coarse movement control unit 46. Based on the control signal V, the drive actuator 219 is driven, thereby changing the frequency. Here, the fine movement control unit 44 and the coarse movement control unit 46 are connected by the fine movement voltage limiting unit 45.
Therefore, the fine movement voltage signal (V f ) output from the fine movement control unit 44 and the coarse movement voltage signal (V c ) output from the coarse movement control unit 46 are respectively expressed by the following expressions (1) and ( 2).
上記式（１）及び式（２）において、「Ｃｆ」は、微動制御器４４４において、周波数差（ｆｒ−ｆｂ）から出力電圧を演算するための制御関数、「Ｈ」は、微動用周波数変換部４４３におけるゲイン、「Ｂ」は、基準周波数源４１及び第二分周器４３１における分周数、「Ｃｒ」は、微動用周波数カウンター４４１の関数、「Ｃｂ」は、微動用ビート周波数カウンター４３２の関数である。また、「Ｃｃ」は、粗動制御器４６４において、周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）から出力電圧を演算するための制御関数、「Ｈ２」は、粗動用周波数変換部４６２におけるゲイン、「Ｃｒ２」は、粗動用周波数カウンター４６０の関数、「Ｃｂ２」は、粗動用ビート周波数カウンター４３３の関数であり、「Ｏ」は、微動電圧制限部４５におけるゲインである。
式（２）に示すように、本実施形態では、微動電圧信号Ｖｆが、粗動電圧信号Ｖｃに影響を与えており、これにより、微動制御部４４から出力される微動電圧信号の電圧値が小さくなるように機能している。このため、フィードバック制御中において、微動電圧信号が出力可能範囲を超えて、ロックが外れるという不都合が生じない。
また、オフセットレーザー光の出力周波数ｆｏは、基準レーザー光の周波数ｆＲと、ビート周波数ｆＢとを用いて以下の式（３）となる。式（１）〜（３）より式（４）が導かれる。なお、式（４）において、「Ｋ」は、駆動アクチュエーター２１９への電圧入力とビート周波数ｆＢの変化とを関係づける伝達関数であり、「Ｄ」は、ＤＡＣ４４６，４６７のゲイン、Ｌｆは、微動用ＬＰＦ４４７のゲイン、Ｌｃは、粗動用ＬＰＦ４６８のゲインである。
In the above formulas (1) and (2), “C f ” is the control function for calculating the output voltage from the frequency difference (f r −f b ) in the fine movement controller 444, and “H” is the fine movement Gain in frequency converter 443, “B” is the frequency division number in reference frequency source 41 and second frequency divider 431, “C r ” is a function of fine movement frequency counter 441, and “C b ” is fine movement. This is a function of the beat frequency counter 432 for use. “C c ” is a control function for calculating the output voltage from the frequency difference (f r2 −f b2 ) in the coarse motion controller 464, “H 2 ” is a gain in the coarse motion frequency converter 462, “C r2 ” is a function of the coarse motion frequency counter 460, “C b2 ” is a function of the coarse motion beat frequency counter 433, and “O” is a gain in the fine motion voltage limiting unit 45.
As shown in Expression (2), in the present embodiment, the fine movement voltage signal V f affects the coarse movement voltage signal V c , and thereby the voltage of the fine movement voltage signal output from the fine movement control unit 44. It works to reduce the value. For this reason, there is no inconvenience that the fine movement voltage signal exceeds the output possible range and the lock is released during the feedback control.
Further, the output frequency f o of the offset laser light, the frequency f R of the reference laser light, the equation (3) below by using the beat frequency f B. Expression (4) is derived from Expressions (1) to (3). In Equation (4), “K” is a transfer function that relates the voltage input to the drive actuator 219 and the change in the beat frequency f B , “D” is the gain of the DACs 446 and 467, and L f is , The gain of the fine movement LPF 447 and L c are the gain of the coarse movement LPF 468.
次に、上記周波数微動走査における微動電圧信号及び粗動電圧信号の変化について説明する。
図８は、周波数微動走査でのビート周波数の変化を示す図である。図９は、周波数微動走査での微動電圧信号Ｖｆの変化を示す図である。図１０は、周波数微動走査での粗動制御器４６４から出力される粗動信号Ｖｃ１の変化を示す図である。これらの図８から図１０は、時刻ｔ＝０に単位ステップ（ｆｒ＝１）の目標を与えた場合のビート周波数ｆＢ、微動電圧信号Ｖｆ、粗動信号Ｖｃ１の変化を示している。
図８から図１０に示すように、検出されるビート周波数に対して、微動制御部４４の微動制御器４４４は、粗動制御部４６の粗動制御器４６４よりも速く応答し、十分な時間が経過すると微動制御器４４４からの微動電圧信号Ｖｆが低下し、その分、粗動信号Ｖｃ１が大きくなる。そして、最終的に、ビート周波数ｆＢが基準周波数ｆｒに一致するようになると、微動電圧信号Ｖｆはほぼ０となり、粗動信号Ｖｃ１、及び粗動電圧信号Ｖｃ（＝Ｖｏｆｆ＋Ｖｃ１）は、略一定値に保たれる。
なお、実際には、フィードバック制御中において外乱が入るため、これを抑制するように、両電圧（微動電圧信号Ｖｆ及び粗動電圧信号Ｖｃ）は常に変動する。
Next, changes in the fine movement voltage signal and the coarse movement voltage signal in the frequency fine movement scanning will be described.
FIG. 8 is a diagram showing changes in beat frequency in fine frequency scanning. FIG. 9 is a diagram showing a change in fine movement voltage signal Vf in frequency fine movement scanning. FIG. 10 is a diagram showing a change in the coarse motion signal V c1 output from the coarse motion controller 464 in the fine frequency scanning. 8 to 10 show changes in the beat frequency f B , the fine movement voltage signal V f , and the coarse movement signal V c1 when the target of the unit step (f r = 1) is given at time t = 0. Yes.
As shown in FIGS. 8 to 10, the fine movement controller 444 of the fine movement control unit 44 responds faster than the coarse movement control unit 464 of the coarse movement control unit 46 to the detected beat frequency, and the time is sufficient. After that, the fine movement voltage signal V f from the fine movement controller 444 decreases, and the coarse movement signal V c1 increases accordingly. Then, finally, the so beat frequency f B is equal to the reference frequency f r, the fine movement voltage signal V f is substantially zero, coarse signals V c1, and coarse voltage signal V c (= V off + V c1 ) is kept at a substantially constant value.
Actually, since disturbances are introduced during feedback control, both voltages (fine movement voltage signal V f and coarse movement voltage signal V c ) always fluctuate so as to suppress this.
また、微動制御部４４及び粗動制御部４６の応答性は、上述したように、微動制御器４４４及び粗動制御器４６４における設定パラメーター、制御速度（微動用ビート周波数カウンター４３２、粗動用ビート周波数カウンター４３３、微動用周波数カウンター４４１、及び粗動用周波数カウンター４６０のゲート時間）、微動用ＬＰＦ４４７及び粗動用ＬＰＦ４６８の帯域設定等によって個別に調整することができる。
本実施形態では、微動制御部４４の応答速度を高速（広帯域）にし、粗動制御部４６の応答速度を低速（狭帯域）にすることが好ましい。
この場合、オフセットロックレーザー光源２１の目標周波数（基準周波数ｆｒ）へのロックや、高速な外乱への対応に対して、主に微動制御部４４が応答し、高分解能で共振器長を制御することができる。一方、温度変化等による共振器長のドリフトなど、低速な外乱への対応に対して、主に粗動制御部４６が応答し、微動制御部４４の出力（微動電圧信号Ｖｆ）を０に近付けるように機能する。
また、粗動制御部４６は、広い電圧出力範囲（例えば、１〜１００Ｖ）で粗動電圧信号Ｖｃを出力できるので、微動制御部４４の微動電圧信号Ｖｆの出力電圧範囲（例えば、１〜１０Ｖ）が狭い場合でも飽和せず、安定した周波数ロックを維持することができる。さらに、微動制御部４４は、微動電圧信号Ｖｆの出力電圧範囲を狭くできるため、高分解能かつ高精度な微動駆動を実現できる。粗動制御部４６は、粗い電圧出力であるが、微動制御部４４がより高速で動作することで、粗動制御部４６の誤差出力を微動制御部４４により補正することができる。
Further, as described above, the responsiveness of the fine motion control unit 44 and the coarse motion control unit 46 includes the setting parameters, the control speed (the fine motion beat frequency counter 432, the coarse motion beat frequency in the fine motion controller 444 and the coarse motion controller 464). The gate time of the counter 433, the fine movement frequency counter 441, and the coarse movement frequency counter 460), the band settings of the fine movement LPF 447 and the coarse movement LPF 468 can be adjusted individually.
In the present embodiment, it is preferable to set the response speed of the fine movement control unit 44 to a high speed (broadband) and the response speed of the coarse movement control unit 46 to a low speed (narrow band).
In this case, the fine movement control unit 44 mainly responds to locking the offset locked laser light source 21 to the target frequency (reference frequency f r ) or responding to high-speed disturbance, and controls the resonator length with high resolution. can do. On the other hand, the coarse motion control unit 46 mainly responds to response to low-speed disturbances such as drift of the resonator length due to temperature change or the like, and the output (fine motion voltage signal V f ) of the fine motion control unit 44 is set to zero. It works to get closer.
Further, coarse control section 46, wide voltage output range (e.g., 1 to 100 V) because it outputs a coarse voltage signal V c, the output voltage range of the fine movement voltage signal V f of the fine movement control unit 44 (e.g., 1 10V) is not saturated even when it is narrow, and stable frequency lock can be maintained. Furthermore, since the fine movement control unit 44 can narrow the output voltage range of the fine movement voltage signal Vf , it can realize fine movement driving with high resolution and high accuracy. Although the coarse motion control unit 46 has a rough voltage output, the fine motion control unit 44 can correct the error output of the coarse motion control unit 46 by the fine motion control unit 44 operating at a higher speed.
本実施形態では、周波数差（ｆｒ−ｆｂ）（またはｆｒ２−ｆｂ２）から、レーザー周波数のロック状態を観測することができるが、さらに、微動制御器４４４と粗動制御器４６４との出力比較を実施する出力比較部を設ける構成としてもよい。例えば、微動制御器４４４から出力される微動電圧信号Ｖｆが、粗動制御器４６４から出力される粗動信号Ｖｃ１よりも大きい場合、レーザー周波数（オフセットレーザー光の発振周波数）のドリフトが大きく発生していると判定することができ、この場合、ドリフト補正をより強める処理を行う。具体的には、微動制御部４４及び粗動制御部４６の各構成要素のパラメーターを調整することで、レーザー周波数のロック性能やドリフト補正性能を設定することができる。 In the present embodiment, the lock state of the laser frequency can be observed from the frequency difference (f r −f b ) (or f r2 −f b2 ). Furthermore, the fine motion controller 444 and the coarse motion controller 464 An output comparison unit that performs the output comparison may be provided. For example, when the fine movement voltage signal V f output from the fine movement controller 444 is larger than the coarse movement signal V c1 output from the coarse movement controller 464, the drift of the laser frequency (offset laser light oscillation frequency) is large. In this case, a process for further strengthening the drift correction is performed. Specifically, by adjusting the parameters of the constituent elements of the fine movement control unit 44 and the coarse movement control unit 46, the laser frequency locking performance and the drift correction performance can be set.
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、１つの駆動アクチュエーター２１９に対して、微動制御部４４による高分解能な駆動制御と、粗動制御部４６による広範囲に亘る駆動制御との双方の制御を実施できる。
つまり、通常、共振器長を単一のアクチュエーターで制御する場合、広範囲に亘ってレーザー周波数を変化させるためには、アクチュエーターに入力する信号レベルを増幅する必要があり、信号のＳＮ比や分解能の低下により、レーザー周波数を高精度に制御することが困難となる。これに対して、本実施形態では、上記のように、広い電圧出力範囲で粗動電圧信号Ｖｃを出力する粗動制御部４６と、狭範囲で高分解能な制御が可能な微動電圧信号Ｖｆを出力する微動制御部４４とにより、駆動アクチュエーター２１９の駆動が制御される。このため、駆動アクチュエーター２１９を、粗動駆動時において広範囲に亘って駆動させることができ、かつ、微動駆動時に高分解能な駆動制御を行うことができる。つまり、レーザー周波数を広範囲かつ高分解能で走査することができる。
また、広範囲な駆動制御を行うためのアクチュエーターと、高分解能な駆動制御を行うためのアクチュエーターとの双方を備える構成に比べ、単一の駆動アクチュエーター２１９を駆動させる構成となるため、共振器２１１の構成の簡略化、小型化を図ることができる。また、駆動アクチュエーター２１９を駆動させるためのドライバー等も１つでよく、レーザー光源装置１の構成の簡略化、低コスト化を実現できる。また、共振器２１１の構成を簡略化できるため、故障要因が減り、信頼性が高いレーザー光源装置１を実現できる。
[Operational effects of this embodiment]
In this embodiment, both high-resolution drive control by the fine movement control unit 44 and wide-range drive control by the coarse movement control unit 46 can be performed on one drive actuator 219.
That is, normally, when the resonator length is controlled by a single actuator, in order to change the laser frequency over a wide range, it is necessary to amplify the signal level input to the actuator, and the signal SN ratio and resolution Due to the decrease, it becomes difficult to control the laser frequency with high accuracy. In contrast, in the present embodiment, as described above, a wide and coarse control section 46 for outputting a coarse voltage signal V c with a voltage output range, the narrow range with a high resolution capable of controlling the fine motion voltage signal V The drive of the drive actuator 219 is controlled by the fine movement control unit 44 that outputs f . For this reason, the drive actuator 219 can be driven over a wide range during coarse movement driving, and high-resolution drive control can be performed during fine movement driving. That is, the laser frequency can be scanned over a wide range and with high resolution.
In addition, since a single drive actuator 219 is driven compared to a configuration including both an actuator for performing a wide range of drive control and an actuator for performing high resolution drive control, The structure can be simplified and downsized. Further, only one driver or the like for driving the drive actuator 219 is required, and the configuration of the laser light source device 1 can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since the configuration of the resonator 211 can be simplified, it is possible to reduce the cause of failure and realize a highly reliable laser light source device 1.
本実施形態では、微動制御部４４の微動制御器４４４の後段と、粗動制御部４６の粗動制御器４６４の前段とが、微動電圧制限部４５により接続されている。そして、微動制御器４４４からの出力された微動電圧信号Ｖｆが、微動電圧制限部４５を介して周波数変動信号ｆｓとして微動信号合成部４６３に入力され、粗動用周波数変換部４６２から出力された周波数差（ｆｒ２−ｆｂ２）に基づく信号と加算されて粗動制御器４６４に入力される。
したがって、オフセットレーザー制御手段３２では、微動制御部４４からの微動電圧信号Ｖｆを０に近づけるように機能し、微動電圧信号Ｖｆの信号レベルを低減させることができる。このため、微動電圧信号Ｖｆが設定された出力範囲外となる不都合を回避でき、これにより、微動制御部４４による高分解能な駆動アクチュエーター２１９の駆動制御を適切に実現できる。
In the present embodiment, the subsequent stage of the fine movement controller 444 of the fine movement control unit 44 and the previous stage of the coarse movement controller 464 of the coarse movement control unit 46 are connected by the fine movement voltage limiting unit 45. Then, the fine movement voltage signal V f outputted from the fine movement controller 444 is inputted to the fine movement signal synthesis section 463 as the frequency fluctuation signal f s through the fine movement voltage limiting section 45 and outputted from the coarse movement frequency conversion section 462. Is added to a signal based on the frequency difference (f r2 −f b2 ) and input to the coarse motion controller 464.
Therefore, the offset laser control means 32 functions to bring the fine movement voltage signal V f from the fine movement control unit 44 close to 0, and the signal level of the fine movement voltage signal V f can be reduced. For this reason, the inconvenience that the fine movement voltage signal Vf is outside the set output range can be avoided, and accordingly, the drive control of the high-resolution drive actuator 219 by the fine movement control unit 44 can be appropriately realized.
この際、微動電圧制限部４５は、駆動アクチュエーター２１９に相当するゲインＯを有している。このため、微動電圧信号により駆動アクチュエーター２１９を駆動させたと仮定した場合の周波数変化を粗動制御器４６４に入力させることができ、より精度の高い駆動アクチュエーター２１９の駆動制御を実現できる。 At this time, the fine movement voltage limiter 45 has a gain O corresponding to the drive actuator 219. For this reason, it is possible to input a change in frequency when it is assumed that the drive actuator 219 is driven by the fine movement voltage signal to the coarse movement controller 464, and to realize more accurate drive control of the drive actuator 219.
本実施形態では、フィードバック制御部４３によりビート周波数を計数し、そのカウント値を微動制御部４４及び粗動制御部４６に出力する。そして、微動制御部４４及び粗動制御部４６は、基準周波数（目標値）とビート周波数との周波数差に基づいて微動電圧信号Ｖｆ及び粗動電圧信号Ｖｃを出力する。このため、フィードバック制御により、高精度にレーザー周波数を目的となる基準周波数に合わせ込むことができる。 In the present embodiment, the feedback control unit 43 counts the beat frequency and outputs the count value to the fine movement control unit 44 and the coarse movement control unit 46. Then, the fine movement control unit 44 and the coarse movement control unit 46 output the fine movement voltage signal V f and the coarse movement voltage signal V c based on the frequency difference between the reference frequency (target value) and the beat frequency. For this reason, the laser frequency can be adjusted to the target reference frequency with high accuracy by feedback control.
［他の実施形態］
なお、本発明は前述の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。
上記実施形態では、レーザー光源装置１として、オフセットロックレーザー光源２１から発振されるオフセットレーザー光を、基準レーザー光源２２から発振される周波数ｆＲの基準レーザー光と干渉させ、そのビート周波数ｆｂを基準周波数（目標値）ｆｒにロックすることで、オフセットレーザー光の周波数安定化を図ったが、本発明における周波数安定化方法としては、これに限定されない。
例えば、ヨウ素等の分子吸収線を利用し、分子吸収線に周波数を安定化させたり、光周波数コム装置から発振される光コムとの干渉光に基づいて周波数を安定化させたりしてもよい。いずれの場合においても、上述したようなステップＳ１の周波数粗動走査を実施した後、ステップＳ５の周波数微動走査を実施する。したがって、周波数粗動走査における駆動アクチュエーター２１９の粗動駆動、及び周波数微動走査における駆動アクチュエーター２１９の微動駆動、周波数ロック中における周波数ドリフトに対する制御を上記のようなオフセットレーザー制御手段３２により制御することで、周波数を広範囲に亘って、かつ高分解能で走査することができる。
[Other Embodiments]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above embodiment, as the laser light source device 1, the offset laser light oscillated from the offset lock laser light source 21 is caused to interfere with the reference laser light having the frequency f R oscillated from the reference laser light source 22, and the beat frequency f b is set. Although the frequency of the offset laser beam is stabilized by locking to the reference frequency (target value) fr , the frequency stabilization method in the present invention is not limited to this.
For example, a molecular absorption line such as iodine may be used to stabilize the frequency of the molecular absorption line, or to stabilize the frequency based on the interference light with the optical comb oscillated from the optical frequency comb device. . In either case, after performing the coarse frequency scanning in step S1 as described above, the fine frequency scanning in step S5 is performed. Therefore, the offset laser control means 32 as described above controls the coarse motion drive of the drive actuator 219 in the frequency coarse motion scan, the fine motion drive of the drive actuator 219 in the frequency fine motion scan, and the frequency drift control during the frequency lock. The frequency can be scanned over a wide range and with high resolution.
上記実施形態では、周波数変更手段として、ピエゾ素子等により構成された圧電アクチュエーターを例示したが、これに限定されない。周波数変更手段としては、高い応答性で広範囲に亘る駆動制御が行えるアクチュエーターであれば、いかなる構成を用いてもよい。例えば、サーボモーター、ソレノイドアクチュエーター、リニアアクチュエーター等により共振器長を変化させる構成としてもよい。
この場合でも、これらのアクチュエーターを駆動させる制御手段として、オフセットレーザー制御手段３２を用いることで、各アクチュエーターの駆動量を広範囲かつ高分解能で駆動制御することができる。
In the above-described embodiment, the piezoelectric actuator constituted by a piezo element or the like is exemplified as the frequency changing means, but is not limited to this. As the frequency changing means, any configuration may be used as long as it is an actuator capable of driving control over a wide range with high responsiveness. For example, the resonator length may be changed by a servo motor, a solenoid actuator, a linear actuator, or the like.
Even in this case, by using the offset laser control means 32 as the control means for driving these actuators, the drive amount of each actuator can be controlled in a wide range and with high resolution.
上記実施形態において、微動電圧制限部４５として、駆動アクチュエーター２１９と同等のゲインＯが設定される例を示した。これに対して、微動電圧制限部４５のゲインとして、他の一定値が設定されていてもよい。また、微動電圧制限部４５を可変ゲインにより構成してもよい。 In the above embodiment, an example in which the gain O equivalent to that of the drive actuator 219 is set as the fine movement voltage limiting unit 45 has been described. On the other hand, another constant value may be set as the gain of fine movement voltage limiting unit 45. Further, fine movement voltage limiting unit 45 may be configured with a variable gain.
微動電圧制限部４５として、微動制御器４４４及び微動用増幅器４４５の間と、粗動用周波数変換部４６２及び粗動制御器４６４の間とを接続する例を示したが、これに限定されない、微動制御部４４における微動制御器４４４の後段と、粗動制御部４６における粗動制御器４６４の前段とを接続する構成であれば、いかなる位置に設けられていてもよい。例えば、微動用増幅器４４５の後と、粗動用周波数変換部４６２及び粗動制御器４６４の間とを接続する構成などとしてもよい。 As an example of the fine movement voltage limiter 45, the fine movement controller 444 and the fine movement amplifier 445 are connected to the coarse movement frequency converter 462 and the coarse movement controller 464. However, the fine movement voltage restriction section 45 is not limited to this. As long as it is the structure which connects the back | latter stage of the fine movement controller 444 in the control part 44, and the front | former stage of the coarse movement controller 464 in the rough movement control part 46, you may provide in any position. For example, the configuration may be such that after the fine movement amplifier 445 and between the coarse movement frequency converter 462 and the coarse movement controller 464 are connected.
また、ビート周波数カウンターを粗動用及び微動用に分け、基本周波数を計数する周波数カウンターも同様に粗動用及び粗動用に分ける構成を例示したが、１つのビート周波数カウンター、及び１つの基準周波数カウンターにより構成されていてもよい。 In addition, the beat frequency counter is divided into coarse movement and fine movement, and the frequency counter that counts the basic frequency is also divided into coarse movement and coarse movement. It may be configured.
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。 In addition, the specific structure for carrying out the present invention can be appropriately changed to other structures and the like within a range in which the object of the present invention can be achieved.
本発明は、周波数安定化レーザー光源装置に適用できる。 The present invention can be applied to a frequency stabilized laser light source device.
１…レーザー光源装置、２…レーザーヘッド部、３…コントローラー部（制御手段）、２１…オフセットロックレーザー光源、２２…基準レーザー光源、２５…ディテクター、３１…基準レーザー制御手段、３２…オフセットレーザー制御手段、４１…基準周波数源、４３…フィードバック制御部、４４…微動制御部、４５…微動電圧制限部、４６…粗動制御部、４７…信号合成部、２１０…励起光源、２１１…共振器、２１６…レーザー媒質、２１８…共振器ミラー、２１９…駆動アクチュエーター（周波数変更手段）、４４２…微動用比較演算部、４４３…微動用周波数変換部、４４４…微動制御器、４６１…粗動用比較演算部、４６２…粗動用周波数変換部、４６３…微動信号合成部、４６４…粗動制御器、４６５…オフセット信号出力。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source device, 2 ... Laser head part, 3 ... Controller part (control means), 21 ... Offset lock laser light source, 22 ... Reference laser light source, 25 ... Detector, 31 ... Reference laser control means, 32 ... Offset laser control Means 41 ... Reference frequency source 43 ... Feedback control unit 44 ... Fine movement control unit 45 ... Fine movement voltage limiting unit 46 ... Coarse movement control unit 47 ... Signal synthesis unit 210 ... Excitation light source 211 ... Resonator 216 ... Laser medium, 218 ... Resonator mirror, 219 ... Drive actuator (frequency changing means), 442 ... Fine motion comparison operation unit, 443 ... Fine motion frequency conversion unit, 444 ... Fine motion controller, 461 ... Coarse motion comparison operation unit 462: Frequency converter for coarse motion, 463: Fine motion signal synthesizer, 464: Coarse motion controller, 465 ... Offset signal output .
Claims (4)
前記単一のアクチュエーターを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
入力された目標値に基づいて前記レーザー光の発振周波数を広範囲に亘って走査する粗動信号を生成する粗動制御器を含み、前記粗動信号を出力する粗動制御部と、
入力された目標値に基づいて前記レーザー光の発振周波数を微小変化させる微動信号を生成する微動制御器を含み、前記微動信号を出力する微動制御部と、
前記微動制御器により生成された前記微動信号を、前記粗動制御器の前段に出力する微動電圧制限部と、を備え、
前記粗動信号及び前記微動信号を加算した制御信号を前記単一のアクチュエーターに印加する
ことを特徴とするレーザー光源装置。 A single actuator that changes the oscillation frequency of the laser beam by changing the resonator length of the resonator;
Control means for controlling the single actuator ,
The control means includes
A coarse motion controller that generates a coarse motion signal that scans the oscillation frequency of the laser light over a wide range based on the input target value, and outputs the coarse motion signal; and
A fine movement controller that generates a fine movement signal for minutely changing the oscillation frequency of the laser beam based on the input target value, and outputs the fine movement signal;
A fine movement voltage limiter that outputs the fine movement signal generated by the fine movement controller to a preceding stage of the coarse movement controller, and
A laser light source device, wherein a control signal obtained by adding the coarse motion signal and the fine motion signal is applied to the single actuator .
前記制御手段は、前記単一のアクチュエーターによる前記共振器長の変化に基づいた制御量を検出し、当該制御量に基づいたフィードバック信号を前記粗動制御部及び前記微動制御部に出力するフィードバック制御部を備え、
前記制御量は、前記レーザー光とオフセットレーザー光との干渉光を検出するディテクターから出力されるビート周波数であり、
前記フィードバック制御部は、前記ビート周波数を分周した際のパルス数をカウントする粗動用ビート周波数カウンター及び微動用ビート周波数カウンターを備え、前記粗動用ビート周波数カウンターによりカウントされたカウント値を前記粗動制御部に出力し、前記微動用ビート周波数カウンターによりカウントされたカウント値を前記微動制御部に出力する
ことを特徴とするレーザー光源装置。 The laser light source device according to claim 1,
The control means detects a control amount based on a change in the resonator length by the single actuator, and outputs a feedback signal based on the control amount to the coarse motion control unit and the fine motion control unit. Part
The control amount is a beat frequency output from a detector that detects interference light between the laser light and the offset laser light,
The feedback control unit, the beat frequency includes a frequency dividing coarse beet frequency counter and the beat frequency counter for fine movement counts the number of pulses upon the counted count value by the beat frequency counter for flutter flutter A laser light source device that outputs to the control unit and outputs the count value counted by the beat frequency counter for fine movement to the fine movement control unit.
前記粗動制御部は、オフセット信号を出力するオフセット信号出力部を備え、前記粗動制御器により生成された前記粗動信号に前記オフセット信号を加算する
ことを特徴とするレーザー光源装置。 In the laser light source device according to claim 1 or 2,
The coarse motion control unit includes an offset signal output unit that outputs an offset signal, and adds the offset signal to the coarse motion signal generated by the coarse motion controller.
前記制御手段は、前記粗動制御器で生成される前記粗動信号と、前記微動制御器で生成される前記微動信号との信号出力値を比較する出力比較部を備え、前記出力比較部の比較結果に応じて前記レーザー光の周波数のドリフトが小さくなるように、前記微動制御器及び前記粗動制御器のパラメーター調整を実施して、ドリフト補正を行う
ことを特徴とするレーザー光源装置。 In the laser light source device according to any one of claims 1 to 3,
The control means includes an output comparison unit that compares a signal output value between the coarse movement signal generated by the coarse movement controller and the fine movement signal generated by the fine movement controller, and the output comparison unit includes: A laser light source apparatus, wherein drift correction is performed by adjusting parameters of the fine motion controller and the coarse motion controller so that a drift of the frequency of the laser light is reduced according to a comparison result.
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