JPH01115183A - Laser wavelength stabilization and wavelength stabilized laser apparatus - Google Patents

Laser wavelength stabilization and wavelength stabilized laser apparatus

Info

Publication number
JPH01115183A
JPH01115183A JP27457987A JP27457987A JPH01115183A JP H01115183 A JPH01115183 A JP H01115183A JP 27457987 A JP27457987 A JP 27457987A JP 27457987 A JP27457987 A JP 27457987A JP H01115183 A JPH01115183 A JP H01115183A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavelength
laser
etalon
fabry
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27457987A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Wakata
若田 仁志
Hajime Nakatani
元 中谷
Yoshifumi Minowa
美濃和 芳文
Takeo Haruta
春田 健雄
Haruhiko Nagai
治彦 永井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP27457987A priority Critical patent/JPH01115183A/en
Priority to CA000581509A priority patent/CA1313688C/en
Priority to US07/381,723 priority patent/US5107511A/en
Priority to PCT/JP1988/001102 priority patent/WO1989004075A1/en
Priority to DE88909365T priority patent/DE3887322T2/en
Priority to EP88909365A priority patent/EP0341315B1/en
Publication of JPH01115183A publication Critical patent/JPH01115183A/en
Priority to KR1019890701213A priority patent/KR890702304A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/136Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/137Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases
    • H01S3/223Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/225Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To stabilize wavelength and reduce variation of laser output by controlling one of two plates of an etalon on the basis of the result of spectroscopic analysis of laser beam and controlling the other plates based on a laser power. CONSTITUTION:A part of laser beam 6 irradiated from a laser oscillator which can vary oscillation wavelength is extracted using a first Fabry-Perot etalon 4 and a second Fabry-Perot etalon 5, and it is then analyzed spectrometrically with a wavelength monitor mechanism 7 to determine oscillation wavelength. The first Fabry-Perot etalon 4 is controlled according to the oscillation wavelength to stabilize the wavelength of laser oscillator. Next, a part of laser beam 6 is extracted, its laser output is measured with a power monitor mechanism 9 to control the second Fabry-Perot etalon 5 and stabilize an output of laser oscillator. Thereby, wavelength can be stabilized and reduction of laser output can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザ波長の安定化方法及び波長安定化レー
ザ装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for stabilizing a laser wavelength and a wavelength-stabilized laser device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は例えば雑誌[OAN、J 、PHYS 、VO
L63(’ 85)214」に示された従来の狭帯域レ
ーザを示す構成図である。
Figure 5 shows, for example, magazines [OAN, J, PHYS, VO].
FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional narrow band laser shown in "L63 ('85) 214".

図において、(1)はレーザ媒質、(2)は全反射鏡、
(3)は部分反射鏡、(4)は粗調エタロン、(5)は
微調エタロン、(6)はレーザビーム、でアル。
In the figure, (1) is a laser medium, (2) is a total reflection mirror,
(3) is a partial reflecting mirror, (4) is a coarse adjustment etalon, (5) is a fine adjustment etalon, and (6) is a laser beam.

次に動作について説明する。第5図において、通常、レ
ーザ媒質(1)は全反射鏡(2)と部分反射f#、(3
)からなる光共振器に囲まれ光はこの光共振it−何度
も往復する間に増幅され、レーザビーム(6)として取
り出される。ところで、レーザ発振器のうちのいくつか
のもの、たとえばエキシマレーザや半導体レーザ、色素
レーザや一部の固体レーザは発振波長幅が広く、先兵[
6内に分光素子を挿入することにより発振波長幅を狭く
できる。たとえば、この例のように複数個のフアブリペ
ローエタロン(以下エタロンと略す)を用いれば限夛な
く単色光に近いレーザビームを得ることもできる。
Next, the operation will be explained. In Fig. 5, normally the laser medium (1) is a total reflection mirror (2) and a partial reflection mirror f#, (3
) The light is amplified while reciprocating many times and is extracted as a laser beam (6). By the way, some laser oscillators, such as excimer lasers, semiconductor lasers, dye lasers, and some solid-state lasers, have a wide oscillation wavelength width,
The oscillation wavelength width can be narrowed by inserting a spectroscopic element within the spectral element 6. For example, as in this example, by using a plurality of Fabry-Perot etalons (hereinafter abbreviated as etalons), it is possible to obtain a laser beam close to monochromatic light without limit.

ここでは、特に粗調用エタロン(4)と微調用エタロン
(5)の2枚のエタロンを光共振器内に挿入した場合に
ついて述べる。第6図はレーザの発振幅が狭くなる原理
を示した図で、(a)は粗調用エタロンの分光特性を示
す。この分光特性のそれぞれの山のピークの位置λm1
は(1)式 %式% であられせる波長となる。ここで、nはエタロンを構成
する2枚の鏡面の間にある物質の屈折率、dは鏡面の間
の距離、θ1は光がエタロンに入射するときの角度、m
は整数である。いくつかあるピークはmの違いに対応し
ている。この式から明らかなように、n+d十〇を変え
ることにより山のピーク波長を自由に変えることができ
る。一方、ピークとピークの間の距離は自由スペクトル
領域(以下FSRと略す)と呼ばれ、(2)式で示され
る。また、それぞれのピークの半値幅Δλ1は(3)式 で示される。ここで1はフィネスと呼び、エタロンの性
能により決まるものである。
Here, we will particularly describe the case where two etalons, a coarse adjustment etalon (4) and a fine adjustment etalon (5), are inserted into an optical resonator. FIG. 6 is a diagram showing the principle of narrowing the laser emission amplitude, and (a) shows the spectral characteristics of the rough adjustment etalon. The position of the peak of each mountain of this spectral characteristic λm1
is the wavelength to be irradiated by the formula (1). Here, n is the refractive index of the material between the two mirror surfaces that make up the etalon, d is the distance between the mirror surfaces, θ1 is the angle at which light enters the etalon, m
is an integer. Several peaks correspond to differences in m. As is clear from this equation, the peak wavelength of the mountain can be freely changed by changing n+d10. On the other hand, the distance between peaks is called a free spectral range (hereinafter abbreviated as FSR) and is expressed by equation (2). Further, the half-width Δλ1 of each peak is expressed by equation (3). Here, 1 is called finesse and is determined by the performance of the etalon.

一方、第6図(C)はレーザ媒質のゲインの分光特性を
示したものである。光共振器中に分光素子が存在しなけ
れば、このゲインが存在する範囲で光は増幅されレーザ
ビームとなる。その際、粗調用エタロンのピークの位置
λmlをゲインが存在する範囲のどこかの波長λoK等
しくなるよう、しかも、ゲインが存在する波長内に1m
1以外の他のピークがこないようdl等を決定すれば、
粗調エタロンの存在によりλ0のところだけロスが少な
い状態が実現し、その波長附近でのみ光は増幅され発振
する。
On the other hand, FIG. 6(C) shows the spectral characteristics of the gain of the laser medium. If there is no spectroscopic element in the optical resonator, the light is amplified within the range where this gain exists and becomes a laser beam. At that time, set the peak position λml of the rough adjustment etalon to be equal to the wavelength λoK somewhere within the range where the gain exists, and also within 1 m of the wavelength where the gain exists.
If dl etc. are determined so that other peaks other than 1 do not appear,
Due to the presence of the coarse tuning etalon, a state with little loss is achieved only at λ0, and light is amplified and oscillates only around that wavelength.

ところで、ピークが1つだけになるようにするとFSR
lの最抵値は決まシ、また、フィネス〉はエタロンの性
能によシ決tb、せいぜい20程度であるから、粗調用
エタロン1枚のみで狭くできる波長幅には限度がある。
By the way, if there is only one peak, the FSR
The lowest value of l is fixed, and finesse> depends on the performance of the etalon, and is about 20 at most, so there is a limit to the wavelength width that can be narrowed with only one rough adjustment etalon.

そこで、もう1枚微調用のエタロン(5)を用いること
になる。その分光特性は例えば、第6図(b)のように
すればよい。その際ピーク波長λm2をλ0に等しくシ
、FSR2は FSR2≧△λ1となるようにすればよ
い。
Therefore, another etalon (5) for fine adjustment is used. The spectral characteristics may be as shown in FIG. 6(b), for example. In this case, the peak wavelength λm2 may be set equal to λ0, and the FSR2 may be set such that FSR2≧△λ1.

さらに狭くしたい時には、また−枚エタロンを用いれば
よい。
If you want to make it even narrower, you can use another etalon.

このよってして、もともと第6図(0)のような分光特
性であったレーザビームは2枚のエタロンを用いること
により、第6図(、i)に示すようにそれぞれのエタロ
ンのピークが重なるλ0を中心とした狭い範囲でのみ発
振することになる。実際には、発振中にエタロンを何度
も通るから、レーザビーム〜−となる。
Therefore, by using two etalons, the laser beam that originally had the spectral characteristics as shown in Figure 6 (0) will overlap the peaks of each etalon as shown in Figure 6 (, i). It will oscillate only within a narrow range centered around λ0. In reality, the laser beam passes through the etalon many times during oscillation, resulting in a laser beam.

O さて、以上のようにして、レーザビームの波長幅を狭く
することができるのであるが、従来例では波長の安定化
については多くを記されていない。
O Now, as described above, the wavelength width of a laser beam can be narrowed, but in the conventional example, not much is written about stabilizing the wavelength.

ただ雑誌にも記されているように短期間の安定性につい
ては先兵機器を改良したシ入射角θを小さくすることに
より改善されるが、長期的には熱的な問題、特にレーザ
ビームがエタロンを透過する時の発熱による波長シフト
が大きな問題である。
However, as described in the magazine, short-term stability can be improved by improving the vanguard equipment and reducing the angle of incidence θ, but in the long term there are thermal problems, especially when the laser beam A major problem is the wavelength shift caused by the heat generated during transmission.

この問題を第7図を用いて説明する。This problem will be explained using FIG. 7.

第7図(a)は粗調用エタロンの分光特性を拡大したも
ので6夛、実線で描いであるのは発振直後の分光特性で
ある。ところで、発振後、レーザビームによる発熱が生
じエタロンが変形する。この変形はエタロンの特性を劣
化させる程ではないが、エタロンのギャップ長を変え、
その結果波長をシフトさせる。そのシフト量とエタロン
の変形によるdの変化との間には(4)式の関係がある
FIG. 7(a) shows an enlarged view of the spectral characteristics of the rough adjustment etalon.The solid line represents the spectral characteristics immediately after oscillation. By the way, after oscillation, heat is generated by the laser beam and the etalon is deformed. Although this deformation does not degrade the characteristics of the etalon, it does change the etalon gap length.
As a result, the wavelength is shifted. There is a relationship expressed by equation (4) between the amount of shift and the change in d due to the deformation of the etalon.

ここで、波長シフトの方向はエタロンの構造等によシ決
tb、特定のエタロンを用いればレーザビームによる発
熱によって、一方向にシフトする。
Here, the direction of the wavelength shift depends on the structure of the etalon, etc. If a specific etalon is used, the wavelength will be shifted in one direction due to the heat generated by the laser beam.

その時のシフトの様子t−47図(IIL)の点線で示
す。
The state of the shift at that time is shown by the dotted line in Figure t-47 (IIL).

一方、微調用エタロンもまた同様な波長シフトが生じて
いる。その様子は第7図(b)のようになる。
On the other hand, the fine tuning etalon also undergoes a similar wavelength shift. The situation is as shown in FIG. 7(b).

微調エタロンの波長シフトにはエタロン間11Ad2カ
粗調エタロンの、dlより大きい分だけ小さくなる。
The wavelength shift of the fine tuning etalon is made smaller by the amount 11Ad2 between the etalons which is larger than dl of the coarse tuning etalon.

さて、その際の問題は2枚のエタロンの分光特性のピー
ク波長λmlと7m2がずれることである。
Now, the problem in this case is that the peak wavelengths λml and 7m2 of the spectral characteristics of the two etalons are shifted.

その時、両者を重ねた時の光透過量はλml=λm2の
場合にくらべて減少する。その際のレーザ発振の様子を
第7図(C)に示すh長時間発振後、レーザ出力はλ0
から7m2に波長シフトするとともに出力が減少する。
At that time, the amount of light transmitted when both are overlapped is reduced compared to the case where λml=λm2. The state of laser oscillation at that time is shown in Fig. 7 (C) h After long-time oscillation, the laser output is λ0
As the wavelength shifts from 7m2 to 7m2, the output decreases.

tたシフト量が大きい時は微調エタロンの他のモードの
発振も起こりうる。
When the amount of shift is large, oscillations in other modes of the fine adjustment etalon may also occur.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の狭帯域レーザ装置は以上のように構成されており
、エタロンの熱的な問題による波長シフトを補正する手
段を持たないばかシではなく、2枚のエタロンを用いた
時の出力減少を止める手段をも持たないため、熱的な変
形が小さい抵出力レーザにしか適用できないという問題
があった。
Conventional narrowband laser devices are configured as described above, and do not have a means to correct the wavelength shift due to thermal problems in the etalon, but instead prevent the output reduction when using two etalons. Since the method does not have any means, there is a problem that it can only be applied to low-power lasers with small thermal deformation.

この発明は上記のような問題点を解消するためてなされ
たもので、狭雷域化した際の波長の安定化が可能である
とともに出力の減少も抑えられるようにし、たものでお
る。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to stabilize the wavelength when the lightning area is narrowed, and also to suppress the decrease in output.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係るレーザ波長の安定化方法は、2枚のエタロ
ンにより波長選択されたレーザビームの一部を分光し、
分光されたレーザビームの解析、結果をもとに一枚のエ
タロンを制御することによって、レーザビームの波長を
安定化させるとともに、レーザビームの一部よりレーザ
出力の変化を測定し、上記出力変化を解析してもう一枚
のエタロンを制御することKよって、レーザ出力の減少
をも抑えるようにしたものである。
The method for stabilizing the laser wavelength according to the present invention spectrally spectra a part of the laser beam whose wavelength has been selected by two etalons,
By controlling a single etalon based on the analysis and results of the spectroscopic laser beam, the wavelength of the laser beam is stabilized, and changes in the laser output from a part of the laser beam are measured, and the changes in the output By analyzing this and controlling the other etalon, the decrease in laser output is also suppressed.

また、本発明の別の発明に係る波長安定化レーザ装置は
、微調用エタロンと粗調用エタロンの2枚のエタロンを
備えることにより波長を選択するとともに、このレーザ
発振器から取り出されたレーザビームの一部を波長モニ
タ機構に導いて、発振波長を測定し、上記測定波長によ
υ微調用エタロンを駆動し、波長を変化させるサーボ機
構を備えたこと。
Further, a wavelength stabilized laser device according to another aspect of the present invention selects the wavelength by including two etalons, a fine tuning etalon and a coarse tuning etalon, and also controls the wavelength of the laser beam extracted from the laser oscillator. The device is equipped with a servo mechanism that guides the oscillator to a wavelength monitor mechanism, measures the oscillation wavelength, and drives the υ fine tuning etalon according to the measured wavelength to change the wavelength.

さらに、波長モニタ機構とは別にレーザ出力の変化を測
定するためのパワーメータと、出力変化を記録する部分
からなるパワーモニタmMを備え、上記パワーモニタ機
構からの信号をもとに粗調エタロンを制御するサーボ機
構を備えたものである。
Furthermore, apart from the wavelength monitor mechanism, it is equipped with a power meter for measuring changes in laser output, and a power monitor mm consisting of a part for recording output changes, and a coarse adjustment etalon is set based on the signal from the power monitor mechanism. It is equipped with a servo mechanism for control.

〔作用〕[Effect]

本発明におけるレーザ波長の安定化方法及び波長安定化
レーザは波長のズレを測定して任意の波長に固定できる
とともに、波長がずれた際に生ずる出力減少を抑えるこ
とができる。
The laser wavelength stabilization method and wavelength-stabilized laser according to the present invention can fix the wavelength to an arbitrary wavelength by measuring the wavelength shift, and can suppress the decrease in output that occurs when the wavelength shifts.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図及び第2図において、(1)〜(5)は従来例と
同様のものである。(6)はレーザビーム、(7)は波
長モニタ機構、(8)は制御機構、(9)はパワーモニ
タ機構、αG、α1)はエタロンを制御するためのサー
ボ機構、(2)はインテグレータ、α峰はファブリペロ
ーエタロン、(14)は結像レンズ、(至)はファブリ
ペローエタロン03により生じた干渉縞を観測するため
の撮像素子であり、例えば−次元のイメージセンサであ
る。
In FIGS. 1 and 2, (1) to (5) are similar to the conventional example. (6) is a laser beam, (7) is a wavelength monitor mechanism, (8) is a control mechanism, (9) is a power monitor mechanism, αG, α1) is a servo mechanism for controlling the etalon, (2) is an integrator, The α peak is a Fabry-Perot etalon, (14) is an imaging lens, and (to) is an imaging element for observing interference fringes generated by the Fabry-Perot etalon 03, for example, a -dimensional image sensor.

αQは干渉縞を解析するための画像処理部である。αQ is an image processing unit for analyzing interference fringes.

次に動作について説明する。従来例と同様に2枚のエタ
ロン(4) 、 (5)を光共振器内に挿入することに
より発根波長幅が狭く、かつゲインが存在する範囲の任
意の波長λ0のレーザビーム(6)を得ることができる
。しかし、それだけではす−でに述べたように波長も出
力も不安定であるから、以下に述べるようなエタロンの
制御機構が必要となる。
Next, the operation will be explained. As in the conventional example, by inserting two etalons (4) and (5) into the optical resonator, a laser beam (6) with a narrow rooting wavelength width and an arbitrary wavelength λ0 within the range where gain exists is generated. can be obtained. However, this is not enough - as mentioned above, the wavelength and output are unstable, so an etalon control mechanism as described below is required.

まず、微調用エタロンの制御機構から説明する。First, the control mechanism of the fine adjustment etalon will be explained.

第2図において、レーザビーム(6)の一部を波長モニ
タ機構(7)に導く。波長モニタ機構(力は例えば雑誌
「IEBE Journal Quantum Ele
ctronics QE−14−(’78)17Jにあ
るようにエタロンを用いたり、プリズム、グレーティン
グフィゾーの干渉計等を用いて分光する機能を持てばよ
いが、本実施例では第2図に示したようにエタロンと撮
像素子を用いた場合について説明する。
In FIG. 2, a portion of the laser beam (6) is guided to a wavelength monitoring mechanism (7). The wavelength monitor mechanism (power is measured by the power of the
It is sufficient to have a spectroscopy function using an etalon, a prism, a grating Fizeau interferometer, etc. as shown in ctronics QE-14-('78) 17J, but in this example, as shown in Fig. 2, A case in which an etalon and an image sensor are used will be explained below.

波長モニタ機構(7)はレーザビームを弱めたり、拡散
させたりするインテグレータ(6)とエタロン(至)と
レンズα、◇とからなっている。インテグレータ@によ
り生じた発数成分のうち特定の入射角度θを持つ成分の
みがエタロンを透過し結像レンズ0局にいたる。レンズ
の焦点距離をfとすれば、θの成分を持つ光は焦点位時
においてレンズの軸よりfθ離れたところに集まシ、円
形の干渉縞を形成する。そこで、撮像素子(ハ)によシ
光の集まる位置を観測すればθがもとまり、先に示した
エタロンの透過波長の式よりλが計算できるというわけ
であるO ところで、撮像素子上の光の強度分布は第3図のように
なっている。縦軸は出力、横軸は干渉縞の中心からの距
離Xを示す。冬山はエタロンの次数mの違いに対応して
いる。そして、冬山の間隔は自由スペクトル領域と呼ば
れ、この範囲で波長を一意的に決めることができる。し
かも自由スペクトル領域はFPの役割によシ決めること
ができるので波長シフトが予想される値よりも広めに設
計しておく。
The wavelength monitoring mechanism (7) consists of an integrator (6) that weakens or diffuses the laser beam, an etalon (to), and lenses α and ◇. Among the firing components generated by the integrator @, only the component having a specific incident angle θ passes through the etalon and reaches the zero station of the imaging lens. When the focal length of the lens is f, light having a component of θ gathers at a distance of fθ from the axis of the lens at the focal point, forming circular interference fringes. Therefore, by observing the position where the light gathers on the image sensor (C), θ can be determined, and λ can be calculated from the formula for the transmission wavelength of the etalon shown earlier.O By the way, the light on the image sensor The intensity distribution of is shown in Figure 3. The vertical axis shows the output, and the horizontal axis shows the distance X from the center of the interference fringe. The winter mountains correspond to differences in the order m of the etalon. The interval between winter mountains is called a free spectral range, and the wavelength can be uniquely determined within this range. Furthermore, since the free spectral range can be determined depending on the role of the FP, it is designed to be wider than the expected wavelength shift.

また、冬山はレーザビームの波長分布に対応した光強度
分布を持つからこれ?処理して、θ2出すために画像処
理部αQが必要となる。さらにここでは現在の波長λを
計算し、サーボ機構00を通じて発振器の波長の調整を
行なう。
Also, is this because winter mountains have a light intensity distribution that corresponds to the wavelength distribution of the laser beam? An image processing unit αQ is required to process and output θ2. Furthermore, the current wavelength λ is calculated here, and the wavelength of the oscillator is adjusted through the servo mechanism 00.

第4図(A)は、本発明の一実施例によるレーザ波長の
安定化方法の概略を示すフロチャート図であり、レーザ
ビームの空間的な光強度分布が最大になる位置を求めて
、発振波長の制御を行なう例を示す。
FIG. 4(A) is a flowchart showing an outline of a method for stabilizing the laser wavelength according to an embodiment of the present invention, in which the position where the spatial light intensity distribution of the laser beam is maximized is determined and the oscillation is performed. An example of wavelength control is shown below.

ステップα力でエタロン(至)によりレーザビームを分
光し、ステップQ枠で撮像素子QGによシー次元の光強
度分布を測定する。ステップ(11ではこの測定データ
を平滑化し、ノイズをとる等の画像処理をし、ステップ
(」で最大強度を示す位置xを求め、次にステップCp
で得られる値KO(指定波長(C対応する指定された位
置座標)と比較し、異なる時はX>IQかx<、xoに
よりサーボ機構OIを通じて微調エタロン(5)を制御
してエタロンの透過域の中心波長λm2を変化させ(ス
テップの)、再びステップαηにもどり!::XQとな
るまでこの動作をくり返す。
The laser beam is separated into spectra by the etalon at the step α power, and the light intensity distribution in the sea dimension is measured by the image sensor QG at the step Q frame. In step (11, this measurement data is smoothed and subjected to image processing such as removing noise, and in step ('', the position x showing the maximum intensity is determined, and then in step Cp
Compare the value KO (specified wavelength (specified position coordinate corresponding to C) obtained with The center wavelength λm2 of the area is changed (of the step), and the process returns to step αη again and repeats this operation until !::XQ is reached.

以上のようにして微調用エタロンを調整することによシ
レーザの発振波長は一定に保たれる。
By adjusting the fine tuning etalon as described above, the oscillation wavelength of the laser can be kept constant.

次に、粗調用エタロン(4)の制御機構について説明す
る。第1図において、レーザビーム(6)の一部はパワ
ーモニタ機構(9)に導かれている。パワーモニタ機構
(9)はレーザ出力を測定する部分と得られたレーザ出
力を記録する部分からできており、粗調用エタロン(4
)をどちらかの方向に制御した時、レーザ出力が増加す
るか減少するかを判定し、次に粗製エタロン(4)をい
かに調整するかを決定する。
Next, the control mechanism of the rough adjustment etalon (4) will be explained. In FIG. 1, a portion of the laser beam (6) is guided to a power monitor mechanism (9). The power monitor mechanism (9) consists of a part that measures the laser output and a part that records the obtained laser output.
) in either direction, determine whether the laser power increases or decreases, and then determine how to adjust the crude etalon (4).

この決定に従って、サーボ機構αηにより粗調エタロン
(4)の中心波長λm2を調整する。この調整のフロー
チャートを第4図の)に示す。レーザ発振が始まると第
7図で示したことが生じ、レーザ出力が変化する。そこ
で、ステップに)で出力pを測定し、その結果を記録し
ておき、ステップ(イ)において前回の測定結果poと
比較する。出力が異なる時はp>poかpupaにより
サーボ機構(2)を用いて粗調用エタロン(4)を調整
する。この作業は粗調用エタロン(4)が熱平衡に達し
、レーザ出力が一定になるまで続けられる。
According to this determination, the center wavelength λm2 of the coarse adjustment etalon (4) is adjusted by the servo mechanism αη. A flowchart of this adjustment is shown in FIG. When laser oscillation starts, the phenomenon shown in FIG. 7 occurs, and the laser output changes. Therefore, the output p is measured in step (a), the result is recorded, and it is compared with the previous measurement result po in step (a). When the outputs are different, the coarse adjustment etalon (4) is adjusted using the servo mechanism (2) depending on whether p>po or pupa. This operation is continued until the rough adjustment etalon (4) reaches thermal equilibrium and the laser output becomes constant.

ところで、2つのエタロン(4) 、 (5)の制御は
同時に行なってもよいが、たとえば、微調エタロン(5
)の中心波長を動かしすぎたためにレーザ出力が変動す
ることもあり、無秩序に制御を行なうと出力の変動がか
えって助長されることもありうる。そこで、両制御を監
視するために、制御機構(8)を設け、第4図の70−
チャートの一番最初の部分(4)(B)制御の選択を行
なわせる。本実施例ではレーザ発振の開始直後は(B)
を優先し、動作がある程度安定してからは(ト)の制御
を優先させている。
By the way, the two etalons (4) and (5) may be controlled at the same time, but for example, the fine adjustment etalon (5) may be controlled simultaneously.
) The laser output may fluctuate due to excessive movement of the center wavelength, and chaotic control may even exacerbate the fluctuations in the output. Therefore, in order to monitor both controls, a control mechanism (8) is provided, and 70-
The first part of the chart (4) (B) allows selection of control. In this example, immediately after the start of laser oscillation, (B)
Priority is given to (g) control after the operation has stabilized to some extent.

なお、上記実施例では波長モニタ機構(7)とパワーモ
ニタ機構(9)を別に設けたが、そもそも波長モニタ機
構の画像処理部では第3図のような光強度分布が得られ
ておシ、制御をかけずに長時間動作させると破線で示し
たように、波長シフトと出力変化が生じる。そこで、画
像処理部にあられれたピークの強度変化を測定すれば、
パワーモニタ機構を設けたのと同等の効果がある。
In the above embodiment, the wavelength monitor mechanism (7) and the power monitor mechanism (9) were provided separately, but the image processing section of the wavelength monitor mechanism was originally configured to obtain a light intensity distribution as shown in FIG. If the device is operated for a long time without any control, a wavelength shift and output change will occur, as shown by the broken line. Therefore, if we measure the intensity change of the peak that appears in the image processing section, we can obtain
This has the same effect as providing a power monitor mechanism.

また、上記実施例では波長モニター、機構としてエタロ
ンを用いたが、フィゾーの干渉計や、グレーティングや
プリズム等の分光素子であればよく、分光された光強度
分布を測足することにより、上記実施例と同様の効果を
奏する。
In addition, although an etalon was used as the wavelength monitor and mechanism in the above embodiment, any spectroscopic element such as a Fizeau interferometer, grating, or prism may be used. It has the same effect as the example.

また、上記実施例では波長モニタ機構として分光された
レーザ光の光強度分布を画像処理して波長ズレを求め微
調用エタロン全駆動する方法を示したが、光強度分布を
画像処理しなくとも波長モニタできる方法であれば同様
の効果を萎するととは言うまでもない。光強度分布を画
像処理しない方法として、例えば第3図のX=IQに光
センサーを配置して波長モニタ機構とし、微調用エタロ
ンを最適状態から前後に変化させて、その時のX=IQ
における光強度の変化具合から微調用エタロンの最適状
態の方向を子側して微調用エタロンの制御をかけるとい
う方法もある。
In addition, in the above embodiment, a method was shown in which the optical intensity distribution of the separated laser beam is image-processed as a wavelength monitoring mechanism to determine the wavelength shift and the fine adjustment etalon is fully driven. Needless to say, a method that allows monitoring would have the same effect. As a method that does not perform image processing on the light intensity distribution, for example, an optical sensor is placed at X=IQ in Figure 3 to serve as a wavelength monitoring mechanism, and the fine adjustment etalon is changed back and forth from the optimum state to determine the current X=IQ.
There is also a method of controlling the fine adjustment etalon by setting the direction of the optimum state of the fine adjustment etalon to the child side based on the change in the light intensity at .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明によれば、2枚のエタロンを用い
たレーザ発振器において、一方はレーザビームの分光結
果をもとに制御し、他方はレーザパワーによって制御す
るようにし友ので、波長を安定化できるとともにレーザ
出力の変動も小さくできるという効果がめる。
As described above, according to the present invention, in a laser oscillator using two etalons, one is controlled based on the spectral results of the laser beam, and the other is controlled based on the laser power. The effect is that it is possible to stabilize the laser output and to reduce fluctuations in the laser output.

また、本発明の別の発明によれば、光共振器内に粗調用
と微調用の2枚のエタロンを配してレーザ発振波長を選
択できるレーザ発振器、とのレーザ発S器から取り出さ
れたレーザビームの一部を分光し、発振波長を決め、上
記の結果により微調用エタロンを制御するサーボ機構と
、レーザビームの出力を測定し、出力変化の方向により
粗調用エタロンを制御するサーボ機構とを設けたので、
レーザの発振波長が安定に保たれるばかシではなく、出
力も安定になるという効果がある。
Further, according to another invention of the present invention, a laser oscillator that can select the laser oscillation wavelength by disposing two etalons for coarse tuning and fine tuning in an optical resonator, A servo mechanism that separates a part of the laser beam, determines the oscillation wavelength, and controls the fine tuning etalon based on the above results.A servo mechanism that measures the output of the laser beam and controls the coarse tuning etalon based on the direction of the output change. Since we set up
This not only keeps the laser's oscillation wavelength stable, but also has the effect of stabilizing its output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例による波長安定化レーザを示
す構成図、第2図は本発明における波長モニタ機構を示
す構成図、第3図は波長モニタ部の撮像素子上での干渉
縞の強度分布を示す分布図、第4図は本発明の一実施例
によるレーザ波長の安定化方法の概略を示すフローチャ
ート図、第5図は従来の狭帯域化レーザを示す+14成
図、第6図は2枚のエタロンによる波長の決定方法を説
明するための説明図、第7図は2枚のエタロンの波長シ
フトの違いによシ出力費化が生ずることを説明した説明
図である。 図において、(1)dレーザ媒質、(4)は粗調エタロ
ン、(5)は微調エタロン、(7)は波長モニタ機構、
(8)は制御機構、(9)はパワーモニタ機構、αco
、1L1)はサーボ機構である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Fig. 1 is a block diagram showing a wavelength stabilized laser according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram showing a wavelength monitoring mechanism in the present invention, and Fig. 3 is an interference fringe on an image sensor of the wavelength monitor section. FIG. 4 is a flowchart showing an outline of a laser wavelength stabilization method according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a +14 diagram showing a conventional narrow band laser, and FIG. The figure is an explanatory diagram for explaining a method of determining wavelength using two etalons, and FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining that an output cost is generated due to a difference in wavelength shift between two etalons. In the figure, (1) d laser medium, (4) coarse tuning etalon, (5) fine tuning etalon, (7) wavelength monitor mechanism,
(8) is the control mechanism, (9) is the power monitor mechanism, αco
, 1L1) is a servo mechanism. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1のフアブリペローエタロン及び第2のフアブ
リペローエタロンを用いて発振波長が可変なレーザ発振
器から放射されたレーザビームの一部を取り出して波長
モニタ機構で分光し、発振波長を決定する過程、上記発
振波長により、上記第1のフアブリペローエタロンを制
御して上記レーザ発振器の波長を安定化する過程、上記
レーザビームの一部を取り出してパワーモニタ機構でレ
ーザ出力を測定して上記第2のフアブリペローエタロン
他の一枚を制御し、上記レーザ発振器の出力を安定化す
る過程を行うレーザ波長の安定化方法。
(1) Using a first Fabry-Perot etalon and a second Fabry-Perot etalon, a part of the laser beam emitted from a laser oscillator with a variable oscillation wavelength is taken out and separated by a wavelength monitor mechanism to determine the oscillation wavelength. a step of determining the wavelength of the laser oscillator by controlling the first Fabry-Perot etalon according to the oscillation wavelength; a step of extracting a part of the laser beam and measuring the laser output with a power monitor mechanism; A method for stabilizing a laser wavelength, in which the output of the laser oscillator is stabilized by controlling the second Fabry-Perot etalon and another one.
(2)分光されたレーザビームの空間的な光強度分布に
おいて、強度が最大になる位置を求めて発振波長を制御
するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のレーザ波長の安定化方法。
(2) The laser wavelength according to claim 1, characterized in that the oscillation wavelength is controlled by determining the position where the intensity is maximum in the spatial light intensity distribution of the separated laser beam. Stabilization method.
(3)波長モニタ機構は第3のフアブリペローエタロン
を用い、レーザビームが透過した際にあらわれるリング
状の干渉縞の光強度分布を測定するようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載のレーザ
波長の安定化方法。
(3) The wavelength monitoring mechanism uses a third Fabry-Perot etalon and measures the light intensity distribution of ring-shaped interference fringes that appear when the laser beam passes through the device. The method for stabilizing the laser wavelength according to item 1 or 2.
(4)パワーモニタ機構は波長モニタ機構においてあら
われる空間的な光強度分布の最大強度を測定することを
特徴とする特許請求の範囲第1項から第3項のいずれか
に記載のレーザ波長の安定化方法。
(4) Stability of the laser wavelength according to any one of claims 1 to 3, wherein the power monitor mechanism measures the maximum intensity of the spatial light intensity distribution appearing in the wavelength monitor mechanism. method.
(5)分光されたレーザビームの空間的な光強度分布の
ピーク付近の一点において光強度を検出しエタロンを最
適状態の前後で動かした時の光強度の変化具合からエタ
ロンの最適状態を予測し、エタロンを制御することによ
つて発振波長を制御するようにした特許請求の範囲第1
項記載のレーザ波長の安定化方法。
(5) Detect the light intensity at a point near the peak of the spatial light intensity distribution of the separated laser beam, and predict the optimum state of the etalon from the change in light intensity when the etalon is moved before and after the optimum state. , Claim 1 in which the oscillation wavelength is controlled by controlling the etalon.
Method for stabilizing the laser wavelength as described in section.
(6)光共振器内にレーザ発振波長を選択するための、
微調用フアブリペローエタロンと粗調用フアブリペロー
エタロンを有し、波長が可変なレーザ発振器と、このレ
ーザ発振器から取り出されたレーザビームの波長をモニ
タする波長モニタ機構と、上記波長モニタ機構からの信
号をもとに上記微調用フアブリペローエタロンを制御す
るためのサーボ機構と、上記レーザビームの出力を測定
してレーザ出力の変化を解析するパワーモニタ機構と、
上記パワーモニタ機構からの信号をもとに上記の粗調用
のフアブリペローエタロンを制御するためのサーボ機構
を備えたことを特徴とする波長安定化レーザ装置。
(6) For selecting the laser oscillation wavelength within the optical resonator,
A laser oscillator with a variable wavelength that includes a Fabry-Perot etalon for fine tuning and a Fabry-Perot etalon for coarse tuning, a wavelength monitor mechanism that monitors the wavelength of a laser beam extracted from this laser oscillator, and a wavelength monitor mechanism that monitors the wavelength of a laser beam extracted from the laser oscillator; a servo mechanism for controlling the fine adjustment Fabry-Perot etalon based on the signal; a power monitor mechanism for measuring the output of the laser beam and analyzing changes in the laser output;
A wavelength stabilized laser device comprising a servo mechanism for controlling the coarse tuning Fabry-Perot etalon based on a signal from the power monitor mechanism.
JP27457987A 1987-10-28 1987-10-28 Laser wavelength stabilization and wavelength stabilized laser apparatus Pending JPH01115183A (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27457987A JPH01115183A (en) 1987-10-28 1987-10-28 Laser wavelength stabilization and wavelength stabilized laser apparatus
CA000581509A CA1313688C (en) 1987-10-28 1988-10-27 Method of stabilizing a wavelength of a laser beam and wavelength stabilizing laser device
US07/381,723 US5107511A (en) 1987-10-28 1988-10-28 Method of stabilizing laser wavelength and laser device with stabilized wavelength
PCT/JP1988/001102 WO1989004075A1 (en) 1987-10-28 1988-10-28 Method of stabilizing laser wavelength and laser device with stabilized wavelength
DE88909365T DE3887322T2 (en) 1987-10-28 1988-10-28 METHOD FOR STABILIZING THE LASER WAVELENGTH AND SO STABILIZED LASER ARRANGEMENT.
EP88909365A EP0341315B1 (en) 1987-10-28 1988-10-28 Method of stabilizing laser wavelength and laser device with stabilized wavelength
KR1019890701213A KR890702304A (en) 1987-10-28 1989-06-29 Laser wavelength stabilization method and wavelength stabilization laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27457987A JPH01115183A (en) 1987-10-28 1987-10-28 Laser wavelength stabilization and wavelength stabilized laser apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01115183A true JPH01115183A (en) 1989-05-08

Family

ID=17543710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27457987A Pending JPH01115183A (en) 1987-10-28 1987-10-28 Laser wavelength stabilization and wavelength stabilized laser apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH01115183A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01191489A (en) * 1988-01-27 1989-08-01 Komatsu Ltd Starting of narrow band excimer laser
JPH01251769A (en) * 1988-03-31 1989-10-06 Komatsu Ltd Method of starting narrow-band oscillation excimer laser

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6453589A (en) * 1987-08-25 1989-03-01 Komatsu Mfg Co Ltd Wavelength controller for excimer laser
JPS6457776A (en) * 1987-08-28 1989-03-06 Komatsu Mfg Co Ltd Wavelength controller for laser

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6453589A (en) * 1987-08-25 1989-03-01 Komatsu Mfg Co Ltd Wavelength controller for excimer laser
JPS6457776A (en) * 1987-08-28 1989-03-06 Komatsu Mfg Co Ltd Wavelength controller for laser

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01191489A (en) * 1988-01-27 1989-08-01 Komatsu Ltd Starting of narrow band excimer laser
JP2711667B2 (en) * 1988-01-27 1998-02-10 株式会社小松製作所 Method and apparatus for starting narrow band excimer laser
JPH01251769A (en) * 1988-03-31 1989-10-06 Komatsu Ltd Method of starting narrow-band oscillation excimer laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR910006307B1 (en) Laser wavelength stabilization
KR930004636B1 (en) Laser device with wavelength stabilization control and method of operating the same
EP0336972B1 (en) Laser device
JP2836566B2 (en) Wavelength stabilized narrow band excimer laser device
EP0341315B1 (en) Method of stabilizing laser wavelength and laser device with stabilized wavelength
US6438147B1 (en) Tunable external cavity diode laser
JPH01115183A (en) Laser wavelength stabilization and wavelength stabilized laser apparatus
JPH01183873A (en) Laser-wavelength stabilizing method and wavelength stabilized laser device
JPH0897516A (en) Wavelength stabilized external resonator type ld light source
JP3013376B2 (en) Laser device
JP2746354B2 (en) Polarization mode dispersion measurement method and apparatus using fixed analyzer
JP2611264B2 (en) Wavelength stabilized laser
JPH01184891A (en) Method of stabilizing laser wavelength
JP2006286955A (en) Laser module, laser equipment, controller therefor, control information thereon, program thereof, and control method thereof
JPH01184889A (en) Method of stabilizing laser wavelength and wavelength stabilized laser apparatus
JPH0227202A (en) Light interference measuring apparatus
JPH01184888A (en) Method of stabilizing laser wavelength
JPH04127488A (en) Laser
JPH01101683A (en) Stabilization of laser wavelength and wavelength stabilized laser
JPH01205488A (en) Laser device
KR940006783B1 (en) Laser device
JPH01184890A (en) Method of stabilizing laser wavelength
JPH02112294A (en) Laser wavelength stabilizer
JPH02186688A (en) Wavelength stabilized laser device
JPH02111090A (en) Stabilization of laser