JP6934748B2 - Laser device and frequency shift amount identification method - Google Patents
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本発明は、変調レーザ光の周波数偏移量を特定できるレーザ装置及び周波数偏移量特定方法に関する。 The present invention relates to a laser apparatus capable of specifying a frequency shift amount of a modulated laser beam and a method for specifying a frequency shift amount.
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いて共振器長を変化させることにより、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装置が知られている(例えば、特許文献1及び非特許文献1を参照)。
Conventionally, a laser that stabilizes the oscillation frequency of laser light to a specific saturated absorption line by changing the resonator length based on the saturation absorption line contained in the light output signal obtained by irradiating the absorption cell with laser light. Devices are known (see, eg,
レーザ光の発振周波数の精度を向上させる方法として、よう素飽和吸収線の反転ラムディップを用いる方法が知られている。反転ラムディップは、ドップラー広がりを有する二準位系原子にポンプ光とプローブ光を入射した際にプローブ光の透過スペクトル上に生じる、ポンプ光による吸収飽和に起因するくぼみである。反転ラムディップを発振周波数の基準とすることで、周波数安定度の高いレーザを実現することができる。 As a method for improving the accuracy of the oscillation frequency of the laser beam, a method using an inverting ram dip of an iodine saturated absorption line is known. The inverted ram dip is a depression caused by absorption saturation by the pump light, which occurs on the transmission spectrum of the probe light when the pump light and the probe light are incident on a two-level system atom having a Doppler spread. By using the inverted ram dip as a reference for the oscillation frequency, a laser with high frequency stability can be realized.
反転ラムディップの吸収係数と反転ラムディップ近傍の吸収係数との違いは非常に小さく、直接検出することができない。そこで、レーザを周波数変調し、ロックインアンプにより反転ラムディップの微分信号を検出することにより反転ラムディップの位置が特定される。この際、変調レーザの最大周波数偏移を反転ラムディップの半値幅程度(数MHz)にしなければならないため、レーザ共振器の一端のミラーをサブナノメートルの振幅で正弦波駆動する必要がある。 The difference between the absorption coefficient of the inverted ram dip and the absorption coefficient near the inverted ram dip is very small and cannot be detected directly. Therefore, the position of the inverted ram dip is specified by frequency-modulating the laser and detecting the differential signal of the inverted ram dip by the lock-in amplifier. At this time, since the maximum frequency shift of the modulated laser must be about half the width of the inverted ram dip (several MHz), it is necessary to drive the mirror at one end of the laser resonator in a sine wave with an amplitude of sub-nanometer.
共振器ミラーの正弦波駆動にはピエゾ素子が用いられ、ピエゾ素子に印加する交流電圧によってピエゾ素子が物理的に変位する大きさに基づいて、最大周波数偏移量が決定される。しかし、ピエゾ素子の経年変化によって、ピエゾ素子に印加される電圧と変位量との関係が変わってしまうと、レーザ装置が出力する変調レーザ光の最大周波数偏移量が許容範囲を超えてしまう。最大周波数偏移量が許容範囲を超えてしまうと、変調レーザ光の特性が劣化するので、ピエゾ素子に印加する電圧と最大周波数偏移量との関係を高い精度で測定することが求められる。 A piezo element is used to drive the sine wave of the resonator mirror, and the maximum frequency shift amount is determined based on the magnitude of physical displacement of the piezo element by the AC voltage applied to the piezo element. However, if the relationship between the voltage applied to the piezo element and the amount of displacement changes due to aging of the piezo element, the maximum frequency shift amount of the modulated laser light output by the laser device exceeds the permissible range. If the maximum frequency shift amount exceeds the permissible range, the characteristics of the modulated laser light deteriorate. Therefore, it is required to measure the relationship between the voltage applied to the piezo element and the maximum frequency shift amount with high accuracy.
最大周波数偏移量とピエゾ印加電圧の関係を特定するためには、所定の電圧をピエゾ素子に印加した状態での最大周波数偏移量を高い精度で測定しなければならない。最大周波数偏移量を測定する方法として、参照用レーザとして2台の変調レーザを使用するヘテロダイン検波法と、参照用レーザとして1台の無変調レーザを使用するヘテロダイン検波法が知られている。しかしながら、参照用レーザを使用するヘテロダイン検波法を用いる場合、参照用レーザの維持管理が必要になる上に、ヘテロダイン検波が必要なので、コスト及び所要時間の点で問題があった。 In order to specify the relationship between the maximum frequency offset amount and the piezo applied voltage, the maximum frequency offset amount when a predetermined voltage is applied to the piezo element must be measured with high accuracy. As a method for measuring the maximum frequency shift amount, a heterodyne detection method using two modulated lasers as a reference laser and a heterodyne detection method using one unmodulated laser as a reference laser are known. However, when the heterodyne detection method using the reference laser is used, maintenance of the reference laser is required and heterodyne detection is required, so that there is a problem in terms of cost and required time.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、レーザ装置から出力される変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定しやすくすることができるレーザ光源調整装置及びレーザ光源調整方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and a laser light source adjusting device and a laser light source adjusting method capable of easily specifying the maximum frequency deviation amount of the modulated laser light output from the laser device are provided. The purpose is to provide.
本発明の第1の態様のレーザ装置は、励起レーザ光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザが出力した前記励起レーザ光により励起されることでレーザ光を出力するレーザ媒質結晶と、前記レーザ媒質結晶が出力した前記レーザ光を反射し前記レーザ媒質結晶と共振器を成す反射鏡と、前記レーザ光の2次高調波を出力する非線形光学素子と、前記2次高調波をシングルモードにフィルタリングする光学素子と、入力される印加電圧に基づいて前記反射鏡の位置を変化させる圧電素子と、前記圧電素子に入力する前記印加電圧を制御する電圧制御部と、前記反射鏡の位置が変化することにより前記レーザ光が変調された変調レーザ光において反転ラムディップが検知された時点の前記変調レーザ光の中心周波数に基づいて、前記変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定する特定部と、を有する。 The laser apparatus of the first aspect of the present invention includes a semiconductor laser that outputs excitation laser light, a laser medium crystal that outputs laser light when excited by the excitation laser light output by the semiconductor laser, and the laser. A reflector that reflects the laser light output by the medium crystal and forms a resonator with the laser medium crystal, a nonlinear optical element that outputs the second harmonic of the laser light, and filtering the second harmonic into a single mode. The optical element, the piezoelectric element that changes the position of the reflecting mirror based on the applied applied voltage, the voltage control unit that controls the applied voltage input to the piezoelectric element, and the position of the reflecting mirror change. A specific unit that specifies the maximum frequency shift amount of the modulated laser light based on the center frequency of the modulated laser light at the time when the inversion ram dip is detected in the modulated laser light in which the laser light is modulated. Has.
前記特定部は、予め特定された所定の最大周波数偏移量と反転ラムディップとの関係を参照することにより、変調レーザ光における前記変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定してもよい。 The specific unit may specify the maximum frequency shift amount of the modulated laser light in the modulated laser light by referring to the relationship between the predetermined maximum frequency shift amount specified in advance and the inversion ram dip.
前記特定部は、前記印加電圧と前記最大周波数偏移量との関係を特定してもよい。
また、前記特定部は、前記変調レーザ光における隣接する複数の前記反転ラムディップに基づいて、前記最大周波数偏移量を特定してもよい。
The specific unit may specify the relationship between the applied voltage and the maximum frequency shift amount.
In addition, the specific unit may specify the maximum frequency shift amount based on a plurality of adjacent inverted ram dips in the modulated laser light.
前記特定部は、前記複数の反転ラムディップの微分信号が重なり合った状態における極大値に基づいて、前記最大周波数偏移量を特定してもよい。前記特定部は、前記印加電圧を変化させて前記変調レーザ光の中心周波数を走査することにより、前記反転ラムディップを検出してもよい。 The specific unit may specify the maximum frequency shift amount based on the maximum value in a state where the differential signals of the plurality of inverted ram dips are overlapped. The specific unit may detect the inverted ram dip by scanning the center frequency of the modulated laser beam by changing the applied voltage.
前記レーザ装置は、前記印加電圧に関連付けて、前記最大周波数偏移量の許容範囲を示す情報を記憶する記憶部をさらに有し、前記特定部は、特定した前記最大周波数偏移量が、前記電圧制御部が前記圧電素子に入力した前記印加電圧に関連付けて前記記憶部が記憶している前記許容範囲に含まれているか否かを判定してもよい。 The laser device further has a storage unit that stores information indicating an allowable range of the maximum frequency shift amount in association with the applied voltage, and the specific unit has the specified maximum frequency shift amount. It may be determined whether or not the voltage control unit is included in the permissible range stored in the storage unit in relation to the applied voltage input to the piezoelectric element.
前記特定部は、特定した前記最大周波数偏移量が、前記電圧制御部が前記圧電素子に入力した前記印加電圧に関連付けて前記記憶部が記憶している前記許容範囲に含まれていないと判定した場合に、前記電圧制御部が前記圧電素子に入力する前記印加電圧を変化させてもよい。 The specific unit determines that the specified maximum frequency shift amount is not included in the allowable range stored by the storage unit in association with the applied voltage input by the voltage control unit to the piezoelectric element. When this happens, the applied voltage that the voltage control unit inputs to the piezoelectric element may be changed.
本発明の第2の態様の周波数偏移量特定方法は、レーザ媒質結晶と共振器を成す反射鏡の位置を変化させる圧電素子に入力する印加電圧を制御するステップと、前記反射鏡の位置が変化することにより、前記レーザ媒質結晶が出力したレーザ光が変調された変調レーザ光における反転ラムディップを検知するステップと、前記反転ラムディップが検知された時点の前記変調レーザ光の中心周波数に基づいて、前記変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定するステップと、を有する。 In the method for specifying the amount of frequency shift according to the second aspect of the present invention, the step of controlling the applied voltage input to the piezoelectric element that changes the position of the reflector forming the resonator with the laser medium crystal and the position of the reflector are set. Based on the step of detecting the inverted ram dip in the modulated laser light in which the laser light output by the laser medium crystal is modulated by the change, and the center frequency of the modulated laser light at the time when the inverted ram dip is detected. The step includes a step of specifying the maximum frequency shift amount of the modulated laser light.
本発明によれば、レーザ装置から出力される変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定しやすくすることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the maximum frequency shift amount of the modulated laser light output from the laser apparatus can be easily specified.
[レーザ装置100の構成]
図1は、第1の実施形態に係るレーザ装置100の構成を示す図である。レーザ装置100は、532nmよう素安定化レーザである。レーザ装置100は、半導体レーザによって励起させられるNd:YV04結晶を利得媒質として用いた連続波発振の532nm領域の固体レーザであり、長さの標準として用いられる。レーザ装置100は、よう素分子の吸収線の分光技術を用いて、よう素分子の飽和吸収線の反転ラムディップの中心に発振波長を制御することで、高い波長安定度を得ることができる。
[Structure of Laser Device 100]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
レーザ装置100は、励起用半導体レーザ部1と、レーザ共振器筺体2と、よう素安定化用光学系3と、コントローラ4とを有する。
励起用半導体レーザ部1は、励起レーザ光を出力する半導体レーザ11を有しており、半導体レーザ11より出射される808nm帯域の励起用レーザ光をレーザ共振器筺体2に入射する。
The
The excitation
レーザ共振器筺体2は、Nd:YV04結晶21、KTP結晶22、エタロン23、反射鏡24、及びピエゾ素子25を有する。Nd:YV04結晶21は、励起用半導体レーザ部1から出射された励起レーザ光により励起されることでレーザ光を出力するレーザ媒質結晶である。具体的には、Nd:YV04結晶21には、励起用半導体レーザ部1から出射された励起用レーザ光が入射し、Nd:YV04結晶21は、波長1064nmのマルチモードレーザ光を励起する。Nd:YV04結晶21の端面は1064nmの光を反射するようにコーティングされており、Nd:YV04結晶21と反射鏡24により構成される共振器により、1064nmマルチモードレーザ光を増幅する。Nd:YV04結晶21が出力する1064nmのレーザ光は、レーザ光の2次高調波を出力する非線形光学素子であるKTP結晶22において、2次高調波である波長532nmのマルチモードレーザ光に変換される。
The
KTP結晶22が出力するマルチモードレーザ光は、波長フィルタであるエタロン23においてシングルモード化された後に、反射鏡24に入射する。エタロン23は、2次高調波をシングルモードにフィルタリングする光学素子である。反射鏡24は、Nd:YV04結晶21が出力したレーザ光を反射し、Nd:YV04結晶21と共振器を成す。反射鏡24は、入射した波長1064nmのレーザ光を反射し、532nm及び808nmのレーザ光を透過する。
The multimode laser light output by the
ピエゾ素子25は、コントローラ4から印加される電圧によって生じる歪によって反射鏡24の位置を変位させる圧電素子である。ピエゾ素子25に正弦波状の交流電圧が印加されることにより、Nd:YV04結晶21と反射鏡24との間の距離が交流電圧の周期に同期して変位することで、レーザ光に周波数変調が施されて変調レーザ光が出力される。
The
よう素安定化用光学系3は、ビームスプリッタ31及び安定化信号検出部32を有する。ビームスプリッタ31は、レーザ共振器筺体2から入力されるレーザ光を出射レーザ光L1と波長制御用レーザ光L2とに分離する。波長制御用レーザ光L2は、安定化信号検出部32に入力される。
The iodine stabilization optical system 3 includes a
安定化信号検出部32は、例えばロックインアンプを有しており、ビームスプリッタ31から入力された波長制御用レーザ光L2に基づいて、反転ラムディップの微分信号を検出する。安定化信号検出部32は、検出した反転ラムディップの微分信号をコントローラ4に入力する。
The stabilization
コントローラ4は、CPU(Central Processing Unit)及び記憶部41を有する。記憶部41は、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等の記憶媒体を有する。記憶部41は、CPUが実行するプログラムを記憶している。また、記憶部41は、ピエゾ素子25に印加される電圧に関連付けて、周波数変調における最大周波数偏移量の許容範囲を示す情報を記憶している。
The controller 4 has a CPU (Central Processing Unit) and a
CPUは、記憶部41に記憶されたプログラムを実行することにより、電流制御部42、温度制御部43、電圧制御部44及び周波数偏移特定部45として機能する。
電流制御部42は、半導体レーザ11に供給するレーザ電流を制御する。
By executing the program stored in the
The
温度制御部43は、制御対象である半導体レーザ11、レーザ共振器筺体2、KTP結晶22、エタロン23、及び安定化信号検出部32に隣接して設けられた温度センサの値を検出し、各制御対象の固定ホルダに設置されたペルチェ素子などの変温装置を駆動して、各制御対象が目標温度になるように制御する。
The
電圧制御部44は、ピエゾ素子25に印加する電圧を制御することにより、Nd:YV04結晶21と反射鏡24との間の距離である共振器長を制御して、レーザ波長を安定化させる。具体的には、電圧制御部44は、安定化信号検出部32から出力された光出力信号から発振波長に基づく信号成分を検出し、反射鏡24を取り付けたピエゾ素子25の変位量を制御することで、反射鏡24の位置を変化させて共振器長を制御する。電圧制御部44は、ピエゾ素子25に印加する電圧の大きさを周期的に変化させることにより共振器長を周期的に変化させ、半導体レーザ11から出力されるレーザ光が変調された変調レーザ光をレーザ共振器筺体2から出力させる。
The
周波数偏移特定部45は、安定化信号検出部32から出力された反転ラムディップの微分信号に基づいて、変調レーザ光である波長制御用レーザ光L2の最大周波数偏移量を特定する。周波数偏移特定部45は、例えば、電圧制御部44の電圧を変化させることにより、変調レーザ光の中心周波数を変化させ、波長制御用レーザ光L2において反転ラムディップが検知された時点の変調レーザ光の中心周波数に基づいて、波長制御用レーザ光L2の最大周波数偏移量を特定する。周波数偏移特定部45は、変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定するためのテストモードが起動されたことに応じて、電圧制御部44がピエゾ素子25に印加した電圧と最大周波数偏移量との関係を特定してもよい。周波数偏移特定部45が最大周波数偏移量を特定する方法の詳細については後述する。
The frequency
[最大周波数偏移量の特定方法の概要]
レーザ装置100に設けられている所定のボタン(不図示)が操作されると、テストモードが起動される。テストモードが起動されると、周波数偏移特定部45は、電圧制御部44に指示してピエゾ素子25に印加する電圧レベルを変化させることにより、変調レーザ光の中心周波数を走査する。この時、周波数偏移特定部45が変調レーザ光の最大周波数偏移量を大きくすると、反転ラムディップの微分信号の広がりが大きくなる。
[Overview of how to identify the maximum frequency shift]
When a predetermined button (not shown) provided on the
図2は、最大周波数偏移量の変化と反転ラムディップの微分信号の広がりとの関係について説明するための図である。図2の横軸は周波数であり、縦軸は反転ラムディップの微分信号の有無を示している。図2における太い破線は、変調レーザ光の中心周波数を示している。図2に示すように、最大周波数偏移量が大きくなると、変調レーザ光の中心周波数と反転ラムディップの周波数との差が、最大周波数偏移量が小さい場合よりも大きい時点から、変調レーザ光が反転ラムディップに重なり始める。その結果、変調レーザ光の中心周波数が反転ラムディップの周波数から、より離れた時点で、反転ラムディップが検波される。 FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the change in the maximum frequency shift amount and the spread of the differential signal of the inverted ram dip. The horizontal axis of FIG. 2 is the frequency, and the vertical axis indicates the presence or absence of the differential signal of the inverted ram dip. The thick broken line in FIG. 2 indicates the center frequency of the modulated laser beam. As shown in FIG. 2, when the maximum frequency shift amount becomes large, the modulated laser light starts from a time when the difference between the center frequency of the modulated laser light and the frequency of the inverted ram dip is larger than when the maximum frequency shift amount is small. Begins to overlap the inverted ram dip. As a result, the inverted ram dip is detected when the center frequency of the modulated laser beam is farther from the frequency of the inverted ram dip.
図2(a)は、最大周波数偏移量が比較的小さい場合の図であり、図2(b)は、最大周波数偏移量が比較的大きい場合の図である。周波数偏移特定部45が、電圧制御部44がピエゾ素子25に印加する電圧を変化させて変調レーザ光の中心周波数を走査すると、変調レーザ光の中心周波数から離れた位置で、変調レーザ光が反転ラムディップと重なり始める。
FIG. 2A is a diagram when the maximum frequency shift amount is relatively small, and FIG. 2B is a diagram when the maximum frequency shift amount is relatively large. When the frequency
図2(b)のように最大周波数偏移量が大きい場合、変調レーザ光の周波数範囲が反転ラムディップと重なり始める時の中心周波数が、図2(a)の場合に反転ラムディップと重なる始める時の中心周波数よりも低い。このことを利用して、周波数偏移特定部45は、変調レーザ光が反転ラムディップと重なり始める時の中心周波数に基づいて、最大周波数偏移量を特定することができる。換言すると、周波数偏移特定部45は、変調レーザ光の中心周波数を走査した時の反転ラムディップの微分信号の広がりに基づいて、最大周波数偏移量を特定することができる。
When the maximum frequency shift amount is large as shown in FIG. 2 (b), the center frequency when the frequency range of the modulated laser light starts to overlap with the inverted ram dip starts to overlap with the inverted ram dip in the case of FIG. 2 (a). Lower than the center frequency of time. Utilizing this fact, the frequency
しかし、反転ラムディップの微分信号の広がりはわずかなので、最大周波数偏移量を高い精度で特定することは困難である。そこで、周波数偏移特定部45は、2つ以上の反転ラムディップが近接している場合、それらの間では微分信号の重ね合わせが起こり、各微分信号の広がりによる変化が顕著であることを利用して、隣接する複数の反転ラムディップに基づいて最大周波数偏移量を特定することで、最大周波数偏移量の特定精度を向上させる。
However, since the spread of the differential signal of the inverted ram dip is small, it is difficult to specify the maximum frequency shift amount with high accuracy. Therefore, the frequency
図3は、最大周波数偏移量に対応する変調電圧の変化と2つ以上の反転ラムディップの2次微分信号の変化との関係を示す図である。図3(a)、図3(b)、図3(c)及び図3(d)は、それぞれ変調電圧が30mV、40mV、50mV及び60mVの場合における、よう素飽和吸収線R[56]32−0の反転ラムディップの2次微分信号a11〜a14を示している。図3の横軸は、波長走査時のデータカウントを示しており、印加する直流電圧に対応している。図3の縦軸は、反転ラムディップの2次微分信号の大きさを示している。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the change in the modulation voltage corresponding to the maximum frequency shift amount and the change in the second derivative signal of two or more inverted ram dips. 3 (a), 3 (b), 3 (c) and 3 (d) show the iodine saturation absorption line R [56] 32 when the modulation voltage is 30 mV, 40 mV, 50 mV and 60 mV, respectively. The second derivative signals a11 to a14 of the inverted ram dip of −0 are shown. The horizontal axis of FIG. 3 shows the data count at the time of wavelength scanning, and corresponds to the applied DC voltage. The vertical axis of FIG. 3 shows the magnitude of the second derivative signal of the inverted ram dip.
図3によれば、最大周波数偏移量が変化すると、反転ラムディップの2次微分信号におけるピークが現れる時の変調レーザ光の中心周波数が変化している。このことから、周波数偏移特定部45が、反転ラムディップが現れる時の変調レーザ光の中心周波数に基づいて、最大周波数偏移量を特定できることがわかる。
According to FIG. 3, when the maximum frequency shift amount changes, the center frequency of the modulated laser light when the peak appears in the second derivative signal of the inverted ram dip changes. From this, it can be seen that the frequency
また、図中のa11及びa12に着目すると、最大周波数偏移量が大きくなるにつれて、a11とa12のピークの間の極小値のレベルが大きくなり、図3(c)及び図3(d)においては、極大値が現れている。極大値は、a11及びa12の両方が同時に検波される程度に最大周波数偏移量が大きいことを示している。そこで、周波数偏移特定部45は、この現象を利用して、複数の反転ラムディップの微分信号が重なり合った状態における極大値に基づいて、最大周波数偏移量を高い精度で特定してもよい。
以下、この現象を利用して最大周波数偏移量を特定する2つの方法について説明する。
Focusing on a11 and a12 in the figure, as the maximum frequency shift amount increases, the level of the minimum value between the peaks of a11 and a12 increases, and in FIGS. 3 (c) and 3 (d). Has a maximum value. The maximum value indicates that the maximum frequency shift amount is so large that both a11 and a12 are detected at the same time. Therefore, the frequency
Hereinafter, two methods for specifying the maximum frequency shift amount using this phenomenon will be described.
[第1の特定方法]
(ステップ1)
まず、最大周波数偏移とピエゾ印加電圧との関係が特定された基準変調レーザの中心周波数を走査し、近接する反転ラムディップ(例えば、図3におけるa11及びa12)の間の微分信号レベルと最大周波数偏移との関係を特定する。特定された関係は、例えば、コントローラ4が有する記憶部41に格納される。
[First identification method]
(Step 1)
First, the center frequency of the reference modulation laser whose relationship between the maximum frequency shift and the piezo applied voltage is identified is scanned, and the differential signal level and the maximum between adjacent inverted ram dips (for example, a11 and a12 in FIG. 3) are scanned. Identify the relationship with frequency shift. The identified relationship is stored, for example, in the
(ステップ2)
レーザ装置100において、ピエゾ素子25に印加する電圧の大きさと周波数偏移量との関係を特定するための動作を実行するテストモードが起動されると、電圧制御部44は、変調レーザ光の中心周波数を走査し、近接する反転ラムディップの間の微分信号レベルを特定する。
(Step 2)
When the test mode for executing the operation for specifying the relationship between the magnitude of the voltage applied to the
(ステップ3)
電圧制御部44は、ステップ1において記憶部41に格納された基準変調レーザの微分信号レベルと最大周波数偏移量との関係を参照し、ステップ2で特定した微分信号レベルに対応する最大周波数偏移量を特定する。このようにして、電圧制御部44は、最大周波数偏移量を高い精度で特定することができる。
(Step 3)
The
[第2の特定方法]
(ステップ1)
まず、最大周波数偏移量とピエゾ印加電圧との関係が特定された基準変調レーザの中心周波数を走査し、最大周波数偏移量を所定の値にした場合に得られた微分信号に基づいて、反転ラムディップの周波数を特定する。
[Second identification method]
(Step 1)
First, the center frequency of the reference modulation laser in which the relationship between the maximum frequency shift amount and the piezo applied voltage is specified is scanned, and based on the differential signal obtained when the maximum frequency shift amount is set to a predetermined value, Identify the frequency of the inverted ram dip.
(ステップ2)
よう素飽和吸収線の周波数ごとの吸収係数(既知)と、各最大周波数偏移量の近接する反転ラムディップの間の微分信号レベルとの関係を特定する。特定された関係は、例えば、コントローラ4が有する記憶部41に格納される。
(Step 2)
Identify the relationship between the frequency-by-frequency absorption coefficient of the iodine saturated absorption line (known) and the differential signal level between the adjacent inverted ram dips of each maximum frequency shift. The identified relationship is stored, for example, in the
(ステップ3)
レーザ装置100において、ピエゾ素子25に印加する電圧の大きさと周波数偏移量との関係を特定するための動作を実行するテストモードが起動されると、電圧制御部44は、変調レーザ光の中心周波数を走査し、近接する反転ラムディップの間の微分信号レベルを特定する。
(Step 3)
When the test mode for executing the operation for specifying the relationship between the magnitude of the voltage applied to the
(ステップ4)
電圧制御部44は、ステップ2においてメモリに格納された基準変調レーザの最大周波数偏移量ごとの吸収係数(既知)と近接する反転ラムディップの間の微分信号レベルとの関係を参照し、ステップ3で特定した微分信号レベルに基づいて特定される反転ラムディップの微分信号レベルが、どの最大周波数偏移量に対応するかを特定する。
(Step 4)
The
[レーザ装置100における故障検出処理]
周波数偏移特定部45は、上記の方法で、所定の電圧をピエゾ素子25に印加した状態における最大周波数偏移量を特定することができる。レーザ装置100においては、工場出荷時に、所定の電圧をピエゾ素子25に印加した状態において許容される最大周波数偏移量の範囲が、記憶部41に記憶されている。周波数偏移特定部45は、テストモードが起動されると、特定した最大周波数偏移量が、電圧制御部44がピエゾ素子25に入力した印加電圧に関連付けて記憶部41が記憶している最大周波数偏移量の許容範囲に含まれているか否かを判定する。
[Failure detection process in laser device 100]
The frequency
特定した最大周波数偏移量が、記憶部41に記憶されている最大周波数偏移量の許容範囲に入っていない場合、周波数偏移特定部45は、記憶部41に記憶されている最適な最大周波数偏移量と現在の最大周波数偏移量との差分を算出する。そして、周波数偏移特定部45は、算出した差分を相殺するように、電圧制御部44がピエゾ素子25に印加する電圧を変化させる。このようにすることで、レーザ装置100は、ピエゾ素子25の特性が経年変化した場合であっても、経年変化の影響を相殺して、所望の特性の変調レーザ光を出力することができる。
When the specified maximum frequency offset amount is not within the allowable range of the maximum frequency offset amount stored in the
また、周波数偏移特定部45は、特定した最大周波数偏移量が、記憶部41に記憶されている最大周波数偏移量の許容範囲に入っていない場合に、ピエゾ素子25の特性が変化したことを示す警告情報を出力してもよい。このようにすることで、レーザ装置100のユーザが、ピエゾ素子25の特性が変化したことを把握できるので、ピエゾ素子25の交換等の必要な措置を講じやすくなる。
Further, in the frequency
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that such modified or improved forms may also be included in the technical scope of the present invention.
1 励起用半導体レーザ部
2 レーザ共振器筺体
3 よう素安定化用光学系
4 コントローラ
11 半導体レーザ
21 Nd:YV04結晶
22 KTP結晶
23 エタロン
24 反射鏡
25 ピエゾ素子
31 ビームスプリッタ
32 安定化信号検出部
41 記憶部
42 電流制御部
43 温度制御部
44 電圧制御部
45 周波数偏移特定部
100 レーザ装置
1 Excitation
Claims (9)
前記半導体レーザが出力した前記励起レーザ光により励起されることでレーザ光を出力するレーザ媒質結晶と、
前記レーザ媒質結晶が出力した前記レーザ光を反射し前記レーザ媒質結晶と共振器を成す反射鏡と、
前記レーザ光の2次高調波を出力する非線形光学素子と、
前記2次高調波をシングルモードにフィルタリングする光学素子と、
入力される印加電圧に基づいて前記反射鏡の位置を変化させる圧電素子と、
前記圧電素子に入力する前記印加電圧を制御する電圧制御部と、
前記反射鏡の位置が変化することにより前記レーザ光が変調された変調レーザ光において反転ラムディップが検知された時点の前記変調レーザ光の中心周波数に基づいて、前記変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定する特定部と、
前記圧電素子に印加される電圧に関連付けて、前記変調レーザ光の最大周波数偏移量の許容範囲を記憶する記憶部と、
を有し、
前記電圧制御部は、前記特定部が特定した最大周波数偏移量と前記記憶部に記憶された許容範囲に対応する最大周波数偏移量との差分を減少させるように前記印加電圧を変化させる、レーザ装置。 A semiconductor laser that outputs excitation laser light and
A laser medium crystal that outputs a laser beam by being excited by the excitation laser beam output by the semiconductor laser, and
A reflector that reflects the laser light output by the laser medium crystal and forms a resonator with the laser medium crystal.
A non-linear optical element that outputs the second harmonic of the laser beam,
An optical element that filters the second harmonic to a single mode,
A piezoelectric element that changes the position of the reflector based on the input applied voltage,
A voltage control unit that controls the applied voltage input to the piezoelectric element, and
The maximum frequency shift of the modulated laser light is based on the center frequency of the modulated laser light at the time when the inverted ram dip is detected in the modulated laser light in which the laser light is modulated by changing the position of the reflector. A specific part that specifies the amount and
A storage unit that stores an allowable range of the maximum frequency shift amount of the modulated laser beam in association with the voltage applied to the piezoelectric element.
Have a,
The voltage control unit changes the applied voltage so as to reduce the difference between the maximum frequency shift amount specified by the specific unit and the maximum frequency shift amount corresponding to the allowable range stored in the storage unit. Laser device.
請求項1に記載のレーザ装置。 The specific unit specifies the maximum frequency shift amount of the modulated laser light in the modulated laser light by referring to the relationship between the predetermined maximum frequency shift amount specified in advance and the inversion ram dip.
The laser device according to claim 1.
請求項1に記載のレーザ装置。 The specific unit specifies the relationship between the applied voltage and the maximum frequency shift amount.
The laser device according to claim 1.
請求項1から3のいずれか一項に記載のレーザ装置。 The identification unit identifies the maximum frequency shift amount based on a plurality of adjacent inverted ram dips in the modulated laser beam.
The laser device according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載のレーザ装置。 The specific unit specifies the maximum frequency shift amount based on the maximum value in a state where the differential signals of the plurality of inverted ram dips are overlapped.
The laser device according to claim 4.
請求項1から5のいずれか一項に記載のレーザ装置。 The specific unit detects the inverted ram dip by scanning the center frequency of the modulated laser beam by changing the applied voltage.
The laser apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載のレーザ装置。 Whether or not the specified maximum frequency shift amount is included in the allowable range stored in the storage unit in association with the applied voltage input by the voltage control unit to the piezoelectric element. To judge,
The laser apparatus according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載のレーザ装置。 It is determined that the maximum frequency shift amount specified by the specific unit is not included in the allowable range stored by the storage unit in association with the applied voltage input by the voltage control unit to the piezoelectric element. When this is done, the voltage control unit changes the applied voltage input to the piezoelectric element.
The laser apparatus according to claim 7.
前記反射鏡の位置が変化することにより、前記レーザ媒質結晶が出力したレーザ光が変調された変調レーザ光における反転ラムディップを検知するステップと、
前記反転ラムディップが検知された時点の前記変調レーザ光の中心周波数に基づいて、前記変調レーザ光の最大周波数偏移量を特定するステップと、
特定した最大周波数偏移量と、前記圧電素子に印加される電圧に関連付けて前記変調レーザ光の最大周波数偏移量の許容範囲を記憶する記憶部に記憶された許容範囲に対応する最大周波数偏移量と、の差分を減少させるように前記印加電圧を変化させるステップと、
を有する周波数偏移量特定方法。 A step of controlling the applied voltage input to the piezoelectric element that changes the position of the reflecting mirror that forms a resonator with the laser medium crystal, and
A step of detecting an inverted ram dip in a modulated laser beam in which the laser beam output by the laser medium crystal is modulated by changing the position of the reflecting mirror.
A step of specifying the maximum frequency shift amount of the modulated laser light based on the center frequency of the modulated laser light at the time when the inverted ram dip is detected.
The maximum frequency deviation corresponding to the specified maximum frequency shift amount and the allowable range stored in the storage unit that stores the allowable range of the maximum frequency shift amount of the modulated laser light in relation to the voltage applied to the piezoelectric element. The step of changing the applied voltage so as to reduce the difference between the transfer amount and
A method for identifying a frequency shift amount having.
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