JPH01181485A - Dye laser device - Google Patents

Dye laser device

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JPH01181485A
JPH01181485A JP211588A JP211588A JPH01181485A JP H01181485 A JPH01181485 A JP H01181485A JP 211588 A JP211588 A JP 211588A JP 211588 A JP211588 A JP 211588A JP H01181485 A JPH01181485 A JP H01181485A
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JP
Japan
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dye
pressure
sweep
laser
resonator
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Application number
JP211588A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruichiro Fukazawa
深澤 輝一郎
Toshio Sato
俊雄 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH01181485A publication Critical patent/JPH01181485A/en
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    • 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
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/022Constructional details of liquid lasers
    • 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
    • H01S3/106Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity

Abstract

PURPOSE:To synchronize the sweep frequency of a narrow band element and the sweep frequency of a laser resonator longitudinal mode, and to enable sweep by changing the cavity length of a laser resonator by a cavity-length changing means while following up pressure change in an airtight vessel. CONSTITUTION:A dye laser device has a cavity-length changing means composed of an output mirror drive 13 for moving an output mirror 2 in the direction of the optical path of a dye laser beam 6 and an output-mirror position controller 14 for operating the output mirror drive 13 on the basis of a pressure change signal from a pressure controller 9 controlling the pressure of a scanning gas filled in an airtight vessel 8. When pressure in the airtight vessel 8 changes, the position of the output mirror 2 varies while following up the pressure change, and the cavity length of a laser resonator is changed. Accordingly, the sweep frequency of an air space etalon and the sweep frequency of a laser resonator longitudinal mode are synchronized, thus allowing sweep.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は単一縦モード発振色素レーザ装置に  。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention is directed to a single longitudinal mode oscillation dye laser device.

係り、特に狭帯域化した任意の周波数の色素レーザ光を
発振し得るようにした色素レーザ装置に関する。
In particular, the present invention relates to a dye laser device capable of oscillating dye laser light of an arbitrary frequency with a narrow band.

(従来の技術) 従来から、レーザ発振器の一つとして色素レーザ装置が
用いられてきている。この色素レーザ装置は、レーザ共
振器内に配置された色素セル内に色素溶液を高速で供給
し、この状態で一定波長の励起レーザ光を1色素セルに
流れている色素溶液に照射して色素溶液を励起すること
により、レーザ共振器の作用によって色素レーザ光を発
振するようにしたものである。色素レーザ装置は、その
発振周波数が広い範囲で可変であることや、狭帯域化が
容易であることなどが特徴である。中でも、単一縦モー
ド発振色素レーザ装置は、周波数幅IGHzという極め
て単色性のよいレーザ発振が得られるという点で注目す
べき光源である。
(Prior Art) A dye laser device has conventionally been used as one of the laser oscillators. This dye laser device supplies a dye solution at high speed into a dye cell placed in a laser resonator, and in this state, excitation laser light of a certain wavelength is irradiated onto the dye solution flowing in one dye cell to dye the dye. By exciting the solution, dye laser light is oscillated by the action of a laser resonator. Dye laser devices are characterized in that their oscillation frequency is variable over a wide range and that they can be easily narrowed down. Among them, single longitudinal mode oscillation dye laser devices are noteworthy light sources in that they can provide extremely monochromatic laser oscillation with a frequency width of IGHz.

ところで、色素レーザ装置の狭帯域化には通常、エタロ
ン、グレーティングなどの狭帯域化素子が用いられる。
By the way, band narrowing elements such as etalons and gratings are usually used to narrow the band of a dye laser device.

狭帯域化色素レーザ装置の周波数掃引の技術的なポイン
トとしては、「直線性の良い掃引」と「各狭帯域化素子
間の同期」があげられる。掃引の手法としては大別して
、メカニカル掃引法と圧力掃引法とがある。前者は、例
えばエタロン、グレーティングの角度を機械的に送るこ
とによって発振周波数を掃引し、フィードバックループ
を介したコンピュータ制御によって、掃引の直線性と各
狭帯域化素子間の同期を実現している。
Technical points for frequency sweeping of a narrowband dye laser device include "sweeping with good linearity" and "synchronization between each narrowband element." Sweep methods can be roughly divided into mechanical sweep methods and pressure sweep methods. In the former, for example, the oscillation frequency is swept by mechanically changing the angle of the etalon or grating, and the linearity of the sweep and the synchronization between each band narrowing element are realized by computer control via a feedback loop.

単一縦モード発振色素レーザ装置では、各狭帯域化素子
間に加えて、これらと共振器縦モードとの同期もとる必
要があることから、専らメカニカル掃引法が用いられて
いる。
In single longitudinal mode oscillation dye laser devices, the mechanical sweep method is exclusively used because it is necessary to synchronize not only between each band narrowing element but also with the longitudinal mode of the resonator.

一方、後者においては、レーザ共振器内の圧力を変化さ
せることによって周波数掃引を行ない、複雑なフィード
バックループを介在させることなしに、上記2つのポイ
ントを満足でき、高速化も容易である。
On the other hand, in the latter case, the frequency sweep is performed by changing the pressure within the laser resonator, and the above two points can be satisfied without intervening a complicated feedback loop, and the speed can be easily increased.

このように、圧力掃引法にはメカニカル掃引法に比較し
て有利な点があり、この簡単な周波数掃引法を単一縦モ
ード発振色素レーザ装置に適用できれば、極めて有力な
単色光源となり得る。
As described above, the pressure sweep method has advantages over the mechanical sweep method, and if this simple frequency sweep method can be applied to a single longitudinal mode oscillation dye laser device, it can become an extremely effective monochromatic light source.

ここで、従来の圧力掃引法を単一縦モード発振色素レー
ザ装置に適用した場合について考察する。
Here, we will consider the case where the conventional pressure sweep method is applied to a single longitudinal mode oscillation dye laser device.

第3図は、この種の単一縦モード発振色素レーザ装置の
一例を示す構成図である。第3図において、反射ミラー
を兼ねたグレーティング1と、出力ミラー2とから構成
されるレーザ共振器内には色素セル3が配置され、この
色素セル3の流路内には色素溶液が供給されている。ま
た、図示しない励起レーザ発振器から発振された励起レ
ーザ光4が、集光レンズ5で集光されて色素セル3の色
素溶液に照射されている。かくして、色素溶液が励起さ
れて光エネルギーに変換され、レーザ共振器の作用によ
って色素レーザ光6が発振される。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of this type of single longitudinal mode oscillation dye laser device. In FIG. 3, a dye cell 3 is arranged inside a laser resonator consisting of a grating 1 that also serves as a reflection mirror and an output mirror 2, and a dye solution is supplied into the flow path of this dye cell 3. ing. Further, excitation laser light 4 oscillated from an excitation laser oscillator (not shown) is condensed by a condenser lens 5 and irradiated onto the dye solution in the dye cell 3. In this way, the dye solution is excited and converted into optical energy, and dye laser light 6 is oscillated by the action of the laser resonator.

一方、7は上記グレーティング1と共に狭帯域化素子を
構成するエアースペースエタロンで、これらグレーティ
ング1およびエアースペースエタロン7は気密容器8内
に設置されている。また、この気密容器8は圧力コント
ローラ9を介してガスボンベ10に連結され、窒素ガス
等の掃引ガスが充填されている。かくして、圧力コント
ローラ9によって気密容器8内の圧力を変化させること
により、色素レーザ光6の発振周波数の圧力掃引が行な
われる。
On the other hand, 7 is an air space etalon which constitutes a band narrowing element together with the grating 1, and the grating 1 and the air space etalon 7 are installed in an airtight container 8. Further, this airtight container 8 is connected to a gas cylinder 10 via a pressure controller 9, and is filled with a sweep gas such as nitrogen gas. Thus, by changing the pressure within the airtight container 8 using the pressure controller 9, the pressure sweep of the oscillation frequency of the dye laser beam 6 is performed.

なお第3図において、レーザ共振器内にはプリズムビー
ムエキスパンダー11が設置されている。
In addition, in FIG. 3, a prism beam expander 11 is installed inside the laser resonator.

このプリズムビームエキスパンダー11は、例えば狭帯
域化素子の分解能を高める等を目的として、ビームの径
を大きくするためのものである。また、気密容器8には
、図示のようにウィンドー12が設けられている。
This prism beam expander 11 is used to increase the diameter of the beam, for example, for the purpose of increasing the resolution of the band narrowing element. Further, the airtight container 8 is provided with a window 12 as shown in the figure.

さて、上述したような単一縦モード発振色素レーザ装置
において、色素レーザ装置の発振周波数を掃引する場合
には、狭帯域化素子の掃引周波数とレーザ共振器縦モー
ドの掃引周波数とを同期させて掃引することが必要条件
である。いま、狭帯域化素子として図示のように、グレ
ーティング1とエアースペースエタロン7を用いた場合
について考える。すなわち圧力掃引の場合には、グレー
ティング1とエアースペースエタロン7とは同調して掃
引される。そこで、エアースペースエタロン7とレーザ
共振器縦モードに着目する。
Now, in the single longitudinal mode oscillation dye laser device as described above, when sweeping the oscillation frequency of the dye laser device, the sweep frequency of the band narrowing element and the sweep frequency of the laser resonator longitudinal mode are synchronized. Sweeping is a necessary condition. Now, consider a case where a grating 1 and an air space etalon 7 are used as band narrowing elements as shown in the figure. That is, in the case of pressure sweeping, the grating 1 and the air space etalon 7 are swept in synchrony. Therefore, we will focus on the air space etalon 7 and the laser resonator longitudinal mode.

まず、レーザ共振器の共振器長しか L −La + Lg +Ld         =l
i)にて表わされるとする。ここで、Laはレーザ共振
器の中で掃引ガスにより占められる部分の長さ、Lgは
プリズム等のガラスで占められる部分の長さ、Ldは色
素溶液で占められる部分の長さである。
First, the cavity length of the laser cavity is L −La + Lg +Ld = l
Suppose that it is expressed as i). Here, La is the length of the part occupied by the sweep gas in the laser resonator, Lg is the length of the part occupied by glass such as a prism, and Ld is the length of the part occupied by the dye solution.

V−Vo (Vはレーザの発振周波数を表わす)におい
て、予めエアースペースエタロン7とレーザ共振器縦モ
ードとの同調がとれていたとする。
It is assumed that the air space etalon 7 and the laser resonator longitudinal mode have been tuned in advance at V-Vo (V represents the oscillation frequency of the laser).

この時、気密容器8内の圧力を変化させて、掃引ガスの
屈折率がna−+na+Δnaになったとすると、エア
ースペースエタロン7の掃引周波数Δve、レーザ共振
器縦モードの掃引周波数ΔVeは夫々次のようになる。
At this time, if the pressure inside the airtight container 8 is changed and the refractive index of the sweep gas becomes na-+na+Δna, the sweep frequency Δve of the air space etalon 7 and the sweep frequency ΔVe of the laser resonator longitudinal mode are respectively as follows. It becomes like this.

Δve−−ΔnaV□ /na           
・・・(2)ΔVC−−ΔnBLaV、)/(ngLg
+ ndLd+ naLa)   +++ (3)とな
る。ここで、ngはガラスの屈折率、ndは色素溶液の
屈折率である。
Δve−−ΔnaV□ /na
...(2)ΔVC−−ΔnBLaV, )/(ngLg
+ ndLd+ naLa) +++ (3). Here, ng is the refractive index of the glass, and nd is the refractive index of the dye solution.

(2)、(3)式より、Lg −Ld −0であればΔ
Ve−ΔVcとなり、エアースペースエタロン7とレー
ザ共振器縦モードとは同期して掃引され、原理的に無限
に周波数掃引を行なうことが可能となる。しかしながら
、実際にはLg、Ldに制約があるため、単一縦モード
発振における発振周波数の圧力掃引幅は限定されてしま
う。すなわち、ある限界を超えると、圧力掃引の途中で
縦モードホップを起こす。
From equations (2) and (3), if Lg −Ld −0, then Δ
Ve-ΔVc, the air space etalon 7 and the laser resonator longitudinal mode are swept in synchronization, and in principle it is possible to sweep the frequency infinitely. However, since there are actually restrictions on Lg and Ld, the pressure sweep width of the oscillation frequency in single longitudinal mode oscillation is limited. That is, when a certain limit is exceeded, a longitudinal mode hop occurs during the pressure sweep.

次に、この限界を求めるために、モードホップの条件を
求める。
Next, to find this limit, we find the mode hop conditions.

いま、1ΔVe−ΔVc lが、縦モード間隔C/2 
(ng Lg +nd Ld +na La )と等し
くなった時にモードホップを起こすとすると、モードホ
ップの条件は次のようになる。
Now, 1ΔVe−ΔVc l is the longitudinal mode interval C/2
Assuming that a mode hop occurs when the value becomes equal to (ng Lg +nd Ld +na La), the conditions for the mode hop are as follows.

C/2 (ng Lg +nd Ld +na La 
)■ΔnaVo/na ” (ngLg+ ndLd)
/(ngLg+ ndLd+ naLa)・・・(4) よって、 Δna /na l wax−λ0 /2 (ng L
g +nd Ld )   −(5)(5)式より、Δ
na/na1maxはLg。
C/2 (ng Lg +nd Ld +na La
) ■ΔnaVo/na ” (ngLg+ ndLd)
/(ngLg+ndLd+naLa)...(4) Therefore, Δna/nal wax-λ0/2 (ng L
g +nd Ld ) −(5) From formula (5), Δ
na/na1max is Lg.

Ldを小さくすれば大きくとれるが、これらを余り小さ
くすることはできない。また例えば、Lg−10龍、n
g−1,46(石英の屈折率)。
If Ld is made smaller, it can be made larger, but these cannot be made much smaller. For example, Lg-10 Dragon, n
g-1,46 (refractive index of quartz).

Ld =10mm、nd−1.36 (エチルアルコ゛
−ルの屈折率)とした場合でも、 Δna/namax l −1,06X10’    
   ・・・(6)となる。これは、掃引周波数に置換
えると(2)式より、 ΔV e −5、3(G Hz )        −
(7)となる。すなわち、仮にLg、Ldをぎりぎり小
さくしても、単一縦モード発振での圧力掃引は5.3 
(GHz)という極めて狭い範囲でのみ可能で、広い範
囲(数十〜数百GHz)にわたる周波数掃引を行なうこ
とは不可能ということになる。
Even when Ld = 10 mm and nd-1.36 (refractive index of ethyl alcohol), Δna/namax l-1,06X10'
...(6). If this is replaced with the sweep frequency, from equation (2), ΔV e −5,3(GHz) −
(7) becomes. In other words, even if Lg and Ld are made as small as possible, the pressure sweep in single longitudinal mode oscillation is 5.3
This means that frequency sweeping is possible only in an extremely narrow range (GHz), and it is impossible to perform a frequency sweep over a wide range (several tens to hundreds of GHz).

(発明が解決しようとする課題) 以上のように、従来の単一縦モード発振色素レーザ装置
では、発振周波数を圧力掃引により広い範囲にわたって
掃引することが不可能であるという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventional single longitudinal mode oscillation dye laser device has a problem in that it is impossible to sweep the oscillation frequency over a wide range by pressure sweeping.

本発明の目的は、単一縦モード発振を維持したまま、発
振周波数を圧力掃引により広い範囲にわたって掃引する
ことが可能な色素レーザ装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a dye laser device capable of sweeping the oscillation frequency over a wide range by pressure sweeping while maintaining single longitudinal mode oscillation.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明では、レーザ共振器
内に配置された色素セル内に供給される色素溶液に励起
レーザ光を照射して色素溶液を励起することにより色素
レーザ光を発振するようにした単一縦モード発振色素レ
ーザ装置で、掃引ガスが充填された気密容器内に狭帯域
化素子を備え、気密容器内の圧力を変化させることによ
り色素レーザ光の発振周波数を圧力掃引するようにした
ものにおいて、気密容器内の圧力変化に追従して、レー
ザ共振器の共振器長を変化させる共振器長変化手段を備
えている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention irradiates excitation laser light to a dye solution supplied in a dye cell arranged in a laser resonator. This is a single longitudinal mode oscillation dye laser device that oscillates a dye laser beam by exciting a dye solution using a single longitudinal mode. The oscillation frequency of the dye laser beam is pressure-swept by changing the frequency, and the device includes a resonator length changing means that changes the resonator length of the laser resonator in accordance with pressure changes within the airtight container. .

(作用) 従って、本発明では以上の手段としたことにより、気密
容器内の圧力変化に追従して、共振器長変化手段により
レーザ共振器の共振器長を変化させることにより、狭帯
域化素子の掃引周波数とレーザ共振器縦モードの掃引周
波数とを同期させて掃引することが可能となる。
(Function) Accordingly, in the present invention, by adopting the above means, the resonator length of the laser resonator is changed by the resonator length changing means in accordance with the pressure change in the airtight container, and thereby the band narrowing element is It becomes possible to synchronize the sweep frequency of the laser resonator with the sweep frequency of the longitudinal mode of the laser resonator.

(実施例) 以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して説明する
(Example) The present invention will be described below with reference to an example shown in the drawings.

第1図は、本発明による単一縦モード発振色素レーザ装
置の構成例を示す図で、第3図と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a single longitudinal mode oscillation dye laser device according to the present invention. The same parts as in FIG. state

すなわち、第1図は第3図の色素レーザ装置に加えて、
色素レーザ光6の光路方向に沿って出力ミラー2を移動
させるための出力ミラー駆動装置13と、気密容器8内
に充填する掃引ガスの圧力を制御する圧力コントローラ
9からの圧力変化信号に基づいて出力ミラー駆動装置1
3を動作させる出力ミラー位置制御装置14とからなる
共振器長変化手段を備えて構成している。ここで、出力
ミラー位置制御装置14は、圧力コントローラ9からの
圧力変化信号(圧力変化率および圧力絶対fitりに同
期させて、出力ミラー駆動装置13を介して出力ミラー
2の位置を変化させることにより、レーザ共振器の共振
器長を変化させるようにしている。
That is, in addition to the dye laser device in FIG. 3, FIG.
Based on pressure change signals from an output mirror drive device 13 for moving the output mirror 2 along the optical path direction of the dye laser beam 6 and a pressure controller 9 for controlling the pressure of the sweep gas filled in the airtight container 8. Output mirror drive device 1
3 and an output mirror position control device 14 for operating the resonator length changing means. Here, the output mirror position control device 14 changes the position of the output mirror 2 via the output mirror drive device 13 in synchronization with a pressure change signal (pressure change rate and pressure absolute fit) from the pressure controller 9. Accordingly, the resonator length of the laser resonator is changed.

かかる構成の単一縦モード発振色素レーザ装置において
は、気密容器8内の圧力が変化すると、この圧力変化に
追従して出力ミラー2の位置が変化し、レーザ共振器の
共振器長が変えられることにより、エアースペースエタ
ロン2の掃引周波数とレーザ共振器縦モードの掃引周波
数とを同期させて掃引することが可能となる。
In the single longitudinal mode oscillation dye laser device having such a configuration, when the pressure inside the airtight container 8 changes, the position of the output mirror 2 changes to follow this pressure change, and the resonator length of the laser resonator changes. This makes it possible to synchronize and sweep the sweep frequency of the air space etalon 2 and the sweep frequency of the laser resonator longitudinal mode.

すなわち、この場合に変化するのは前述の(1)式にお
けるLaである。いま気密容器8内の圧力を変化させて
、掃引ガスの屈折率がna−+na+Δnaとなり、こ
れと同期してレーザ共振器の共振器長が変化したとする
。この時、エアースペースエタロン7の掃引周波数ΔV
e、  レーザ共振器縦モードの掃引周波数ΔVcは、
前述の(2)。
That is, what changes in this case is La in the above-mentioned equation (1). Assume that the pressure inside the airtight container 8 is changed so that the refractive index of the sweep gas becomes na-+na+Δna, and the resonator length of the laser resonator changes in synchronization with this. At this time, the sweep frequency ΔV of the air space etalon 7
e, the sweep frequency ΔVc of the laser resonator longitudinal mode is
(2) above.

(3)式を基に ΔVe−−Δn 1VO/ na          
−(8)ΔVc −−(ΔnaLa+nHΔLa)/(
ngLg十ndLd+naLa>・・・(9) となる。ここで、ΔVe−ΔVcであれば、エアースペ
ースエタロン7とレーザ共振器縦モードとは同期して掃
引される。そして、(8)、(9)式よりこの条件は、 Δna/na−(ΔnaLa+naΔLa)/(ngL
g+ndLd+naLa)・・・(10) よって ΔLa −−(ngLg+ndLd)/na・Δa/n
a    −(11)となる。
Based on formula (3), ΔVe−−Δn 1VO/na
−(8)ΔVc −−(ΔnaLa+nHΔLa)/(
ngLg+ndLd+naLa>...(9). Here, if ΔVe - ΔVc, the air space etalon 7 and the laser resonator longitudinal mode are swept in synchronization. From equations (8) and (9), this condition is Δna/na−(ΔnaLa+naΔLa)/(ngL
g+ndLd+naLa)...(10) Therefore, ΔLa --(ngLg+ndLd)/na・Δa/n
a - (11).

また、圧力変化ΔPと屈折率変化Δnaとは比例関係に
あり、次の式で表わされる。
Further, the pressure change ΔP and the refractive index change Δna have a proportional relationship, which is expressed by the following equation.

Δna !にΔP−2’rNmaΔP/RT     
 −(12)ここで、Nll1はアボガドロ数、Rは気
体定数、αは掃引ガス分子(または原子)の平均分極率
、Tは絶対温度である。
Δna! ΔP-2'rNmaΔP/RT
-(12) where Nll1 is Avogadro's number, R is the gas constant, α is the average polarizability of the swept gas molecules (or atoms), and T is the absolute temperature.

(12)式を(11)式に代入すると、ΔLa = −
(ng Lg +nd Ld ) KΔP/na 2−
 (13)となる。よって、 ΔLa = −(ng Lg +nd Ld ) ・2
πNm aΔP/RT・・・(14) となる。
Substituting equation (12) into equation (11), ΔLa = −
(ng Lg +nd Ld) KΔP/na 2-
(13). Therefore, ΔLa = −(ng Lg +nd Ld) ・2
πNm aΔP/RT (14).

従って、(14)式が満されるように掃引ガスの種類、
温度、圧力変化量、出力ミラー位置変化量およびレーザ
共振器構成(ng Lg 、  nd Ld )を決め
ればよい。
Therefore, the type of sweep gas is adjusted so that equation (14) is satisfied.
What is necessary is to determine the temperature, the amount of pressure change, the amount of change in output mirror position, and the laser resonator configuration (ng Lg , nd Ld ).

例えば、掃引ガスを窒素ガス、温度をT−300°にと
し、Lg−50mm、ng−1,47(石英ガラス)、
Ld =10mm、nd−1.36(エチルアルコ−少
)とすると、ΔLaは単位圧力変化(/Torr)に対
して、 ΔLa −−32,7(n m/Torr)   −(
15)となる。すなわちこの場合、気密容器8内の圧力
変化に対して、(15)式で表わされる変化率で出力ミ
ラー4の位置を移動させるように制御することにより、
単一縦モード発振を維持したまま発振周波数の圧力掃引
が可能となる。
For example, the sweep gas is nitrogen gas, the temperature is T-300°, Lg-50mm, ng-1,47 (quartz glass),
When Ld = 10 mm, nd-1.36 (less ethyl alcohol), ΔLa is ΔLa −−32,7(n m/Torr) −( for unit pressure change (/Torr)
15). That is, in this case, by controlling the position of the output mirror 4 to move at a rate of change expressed by equation (15) in response to a change in the pressure inside the airtight container 8,
It is possible to sweep the pressure of the oscillation frequency while maintaining single longitudinal mode oscillation.

例えば、出力ミラー駆動装置13として圧電素子を用い
たとする。そして、圧電素子のストロークが最大印加電
圧IKvで5μmであるとする。
For example, assume that a piezoelectric element is used as the output mirror drive device 13. Assume that the stroke of the piezoelectric element is 5 μm at the maximum applied voltage IKv.

圧電素子が印加電圧に対して直線応答を示すと過程する
と、印加電圧変化量ΔVは、 ΔV −−8,2(v/Toor )     =i1
.6)とすればよい。また、周波数掃引の帯域Δv m
axは、窒素ガスを用いた時の掃引周波数が〜188(
MHz /Toor )であることから、ΔVmax 
=28. 7 (GHz)    −(17)どなる。
Assuming that the piezoelectric element exhibits a linear response to the applied voltage, the applied voltage change amount ΔV is ΔV −−8,2 (v/Toor) = i1
.. 6). Also, the frequency sweep band Δv m
For ax, the sweep frequency when using nitrogen gas is ~188 (
MHz /Toor), ΔVmax
=28. 7 (GHz) - (17) Howl.

上述したように、本実施例の単一縦モード発振色素レー
ザ装置では、掃引ガスが充填された気密容器8内の圧力
変化に追従して、レーザ共振器の出力ミラー2の位置を
変化させることによってレーザ共振器の共振器長を変化
させるようにしたので、狭帯域化素子を構成するエアー
スペースエタ・ ロン7の掃引周波数とレーザ共振器縦
モードの掃引周波数とを同期させて掃引することができ
る。
As described above, in the single longitudinal mode oscillation dye laser device of this embodiment, the position of the output mirror 2 of the laser resonator is changed in accordance with the pressure change in the airtight container 8 filled with the sweep gas. Since the resonator length of the laser resonator is changed by changing the resonator length of the laser resonator, it is possible to synchronize the sweep frequency of the air space etalon 7 that constitutes the band narrowing element with the sweep frequency of the longitudinal mode of the laser resonator. can.

従って、単一縦モード発振色素レーザ装置に周波数圧力
掃引法を適用した場合に、従来では掃引幅が高々数GH
zと非常に狭い幅しかとれなかったものか、本実施例の
ものでは単一縦モード発振を維持したまま、発振周波数
を高範囲に圧力掃引することが可能となる。さらに、本
実施例の単一縦モード発振色素レーザ装置は、高帯域の
周波数掃引か容易な点および高速化が容易な点で、従来
のメカニカル掃引型の色素レーザ装置と比較しても、極
めて有用な単色光源として用いることが可能となる。
Therefore, when applying the frequency pressure sweep method to a single longitudinal mode oscillation dye laser device, conventionally the sweep width was at most several GHz.
The oscillation frequency can be pressure-swept over a high range while maintaining single longitudinal mode oscillation. Furthermore, the single longitudinal mode oscillation dye laser device of this embodiment is extremely superior to conventional mechanical sweep type dye laser devices in that it is easy to sweep a high frequency band and it is easy to increase the speed. It becomes possible to use it as a useful monochromatic light source.

次に、本発明の他の実施例について説明する。Next, other embodiments of the present invention will be described.

第2図は、本発明による単一縦モード発振色素レーザ装
置の他の構成例を示す図で、第1図と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the single longitudinal mode oscillation dye laser device according to the present invention. The same parts as in FIG. I will only talk about.

すなわち、第2図は第1図の色素レーザ装置における出
力ミラー駆動装置13および出力ミラー位置制御装置1
4を省略し、これらに代えてレーザ共振器内の色素レー
ザ光6の光路上に回動自在に設けられた1枚のガラス板
15と、気密容器8内に充填する掃引ガスの圧力を制御
する圧力コントローラ9°からの圧力変化信号に基づい
てガラス板15を動作させるガラス板角度制御装置16
とからなる共振器長変化手段を備えて構成している。
That is, FIG. 2 shows the output mirror drive device 13 and output mirror position control device 1 in the dye laser device of FIG.
4 is omitted, and instead of these, one glass plate 15 is rotatably provided on the optical path of the dye laser beam 6 in the laser resonator, and the pressure of the sweep gas filled in the airtight container 8 is controlled. A glass plate angle control device 16 that operates the glass plate 15 based on a pressure change signal from a pressure controller 9°.
The structure includes a resonator length changing means consisting of the following.

ここで、ガラス板角度制御装置16は、前述と同様に圧
力コントローラ9からの圧力変化信号(圧力変化率およ
び圧力絶対値)に同期させて、ガラス板15の傾き角を
変化させることにより、レーザ共振器の共振器長を変化
させるようにしている。
Here, the glass plate angle control device 16 changes the inclination angle of the glass plate 15 in synchronization with the pressure change signal (pressure change rate and pressure absolute value) from the pressure controller 9 in the same manner as described above. The resonator length of the resonator is changed.

かかる構成の単一縦モード発振色素レーザ装置において
は、気密容器8内の圧力が変化すると、この圧力変化に
追従してガラス板15の傾き角が変化し、レーザ共振器
の共振器長が変えられることにより、エアースペースエ
タロン2の掃引周波数とレーザ共振器縦モードの掃引周
波数とを同期させて掃引することが可能となる。
In the single longitudinal mode oscillation dye laser device having such a configuration, when the pressure inside the airtight container 8 changes, the inclination angle of the glass plate 15 changes in accordance with this pressure change, and the resonator length of the laser resonator changes. By doing so, it becomes possible to synchronize and sweep the sweep frequency of the air space etalon 2 and the sweep frequency of the laser resonator longitudinal mode.

すなわち、この場合に変化するのは前述の(1)式にお
けるLgである。この時、エアースペースエタロン7の
掃引周波数ΔVe、  レーザ共振器縦モードの掃引周
波数ΔVcは、前述の(2)。
That is, what changes in this case is Lg in the above-mentioned equation (1). At this time, the sweep frequency ΔVe of the air space etalon 7 and the sweep frequency ΔVc of the laser resonator longitudinal mode are as described in (2) above.

(3)式を基に Δve−−Δnl vO/na          −
(18)ΔVc−−(ΔnaLa+ngΔLg)Vo/
(ngLg+ndLd十naLa)・・・(19) となる。
Based on formula (3), Δve−−Δnl vO/na −
(18)ΔVc−−(ΔnaLa+ngΔLg)Vo/
(ngLg+ndLdtennaLa)...(19) It becomes.

ここで、Δve−ΔVcであれば、エアースペースエタ
ロン7とレーザ共振器縦モードとは同期して掃引される
ので、 ΔLg −(ng Lg +nd Ld ) /ng 
・Δna/na −= (20)となればよい。
Here, if Δve - ΔVc, the air space etalon 7 and the laser resonator longitudinal mode are swept synchronously, so ΔLg - (ng Lg + nd Ld ) /ng
・Δna/na −= (20) is sufficient.

また、ガラス板15の厚さを1.傾き角(−入射角)を
θとすると、ΔLgと傾き角θの変化Δθとの関係は、 ΔLg−na2ng21stn(2θ)Δθ/2 (n
g2−na2sin2θ)3′2・・・(21) となる。
Further, the thickness of the glass plate 15 is set to 1. When the tilt angle (-incident angle) is θ, the relationship between ΔLg and the change Δθ in the tilt angle θ is ΔLg−na2ng21stn(2θ)Δθ/2 (n
g2-na2sin2θ)3'2...(21)

よって、(20)、(21)式より、 Δθ−112(ng Lg +nd Ld )(ng2
−na2sin2θ) 3.’2 /na2ng31s
tn (2の・Δna /na    −(22)とな
る。
Therefore, from equations (20) and (21), Δθ−112(ng Lg +nd Ld )(ng2
-na2sin2θ) 3. '2 /na2ng31s
tn (2・Δna/na−(22)).

従って、(22)式が満されるようにガラス阪15の傾
き角θを変化させればよい。
Therefore, it is only necessary to change the inclination angle θ of the glass bell 15 so that equation (22) is satisfied.

例えば、ガラス板15の厚さ1=3mm、傾き角θ−3
°とすると、sinθ夕θより、Δθ−(ngLg+ 
ndLd)(ng2−θ2)3′’2/ng31θ・Δ
na/na・・・(23) となる。
For example, the thickness of the glass plate 15 is 1=3 mm, the inclination angle θ-3
If Δθ−(ngLg+
ndLd) (ng2-θ2)3''2/ng31θ・Δ
na/na...(23)

この(23)式に、(15)式を導出した時と同じ数値
を代入すると、 Δθ−0,141(μrad /Torr )    
   −(24)となる。
Substituting the same numerical value as when deriving equation (15) into equation (23), we get Δθ−0,141(μrad/Torr)
−(24).

すなわちこの場合、気密容器8内の圧力変化に対して、
(24)式で表わされる変化率でガラス板15の傾き角
θを変化させるように制御することにより、単一縦モー
ド発振を維持したまま発振周波数の圧力掃引が可能とな
る。
That is, in this case, with respect to the pressure change inside the airtight container 8,
By controlling the tilt angle θ of the glass plate 15 to change at the rate of change expressed by equation (24), it is possible to sweep the oscillation frequency under pressure while maintaining single longitudinal mode oscillation.

尚、上記第2図の実施例において、レーザ共振器内に設
けるガラス板の枚数は必ずしも1枚である必要はなぐ、
例えば出力光の位置変動を抑えるために、互いに逆向き
に配置した2枚のガラス板をレーザ共振器内に設けるよ
うにしてもよく、この場合にはガラス板15の傾き角θ
の変化率Δθは(24)式で示した値の1/2となる。
In addition, in the embodiment shown in FIG. 2 above, the number of glass plates provided in the laser resonator does not necessarily have to be one.
For example, in order to suppress the positional fluctuation of the output light, two glass plates arranged in opposite directions may be provided in the laser resonator, and in this case, the inclination angle θ of the glass plate 15 is
The rate of change Δθ is 1/2 of the value shown by equation (24).

また、上記各実施例では狭帯域化素子としてグレーティ
ング、エアースペースエタロンを用いたが、これ以外の
狭帯域化素子として例えばダブルグレーティング、マル
チエアースペースエタロンを用いるようにしてもよい。
Further, in each of the above embodiments, a grating or an air space etalon is used as a band narrowing element, but other narrow band narrowing elements such as a double grating or a multi air space etalon may be used.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、狭帯域化素子を備
えた気密容器内の圧力変化に追従して。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, pressure changes in an airtight container equipped with a band narrowing element are followed.

レーザ共振器の共振器長を変化させるようにしたので、
狭帯域化素子の掃引周波数とレーザ共振器縦モードの掃
引周波数とを同期させて掃引することができ、単一縦モ
ード発振を維持したまま、発振周波数を圧力掃引により
広い範囲にわたって掃引することが可能な色素レーザ装
置が提供できる。
Since the resonator length of the laser resonator was changed,
The sweep frequency of the band narrowing element and the sweep frequency of the laser resonator longitudinal mode can be swept in synchronization, and the oscillation frequency can be swept over a wide range by pressure sweep while maintaining single longitudinal mode oscillation. A possible dye laser device can be provided.

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

第1図は本発明による色素レーザ装置の一実施例を示す
構成図、第2図は本発明による色素レーザ装置の他の実
施例を示す構成図、第3図は従来の色素レーザ装置の一
例を示す構成図である。 1・・・グレーティング、2・・・出力ミラー、3・・
・色素セル、4・・・励起レーザ光、5・・・集光レン
ズ、6・・・色素レーザ光、7・・・エアースペースエ
タロン、8・・・気密容器、9・・・圧力コントローラ
、10・・・ガスボンベ、11・・・プリズムビームエ
キスパンダー、12・・・ウィンドー、13・・・出力
ミラー駆動装置、14・・・出力ミラー位置制御装置、
15・・・ガラス板、16・・・ガラス板角度制御装置
。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a dye laser device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of a dye laser device according to the present invention, and FIG. 3 is an example of a conventional dye laser device. FIG. 1... Grating, 2... Output mirror, 3...
- Dye cell, 4... Excitation laser beam, 5... Condensing lens, 6... Dye laser beam, 7... Air space etalon, 8... Airtight container, 9... Pressure controller, 10... Gas cylinder, 11... Prism beam expander, 12... Window, 13... Output mirror drive device, 14... Output mirror position control device,
15...Glass plate, 16...Glass plate angle control device. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)レーザ共振器内に配置された色素セル内に供給さ
れる色素溶液に励起レーザ光を照射して色素溶液を励起
することにより色素レーザ光を発振するようにした単一
縦モード発振色素レーザ装置で、掃引ガスが充填された
気密容器内に狭帯域化素子を備え、前記気密容器内の圧
力を変化させることにより色素レーザ光の発振周波数を
圧力掃引するようにしたものにおいて、 前記気密容器内の圧力変化に追従して、前記レーザ共振
器の共振器長を変化させる共振器長変化手段を備えて成
ることを特徴とする色素レーザ装置。
(1) A single longitudinal mode oscillation dye that oscillates a dye laser beam by irradiating an excitation laser beam onto a dye solution supplied in a dye cell placed in a laser resonator to excite the dye solution. The laser device is equipped with a band narrowing element in an airtight container filled with a sweep gas, and pressure sweeps the oscillation frequency of the dye laser beam by changing the pressure in the airtight container, wherein the airtightness A dye laser device comprising a resonator length changing means for changing the resonator length of the laser resonator in accordance with pressure changes within the container.
(2)共振器長変化手段は、気密容器内の圧力変化に追
従して、レーザ共振器の出力ミラーの位置を変化させる
ようにしたものである第(1)項記載の色素レーザ装置
(2) The dye laser device according to item (1), wherein the resonator length changing means changes the position of the output mirror of the laser resonator in accordance with pressure changes within the airtight container.
(3)共振器長変化手段は、気密容器内の圧力変化に追
従して、レーザ共振器内に設けられたガラス板の傾き角
を変化させるようにしたものである第(1)項記載の色
素レーザ装置。
(3) The resonator length changing means is configured to change the inclination angle of the glass plate provided in the laser resonator in accordance with the pressure change in the airtight container. Dye laser equipment.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04250678A (en) * 1990-04-23 1992-09-07 Coherent Inc Laser

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