JPH01205488A - Laser device - Google Patents

Laser device

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Publication number
JPH01205488A
JPH01205488A JP2960088A JP2960088A JPH01205488A JP H01205488 A JPH01205488 A JP H01205488A JP 2960088 A JP2960088 A JP 2960088A JP 2960088 A JP2960088 A JP 2960088A JP H01205488 A JPH01205488 A JP H01205488A
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JP
Japan
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wavelength
tuning element
wavelength tuning
laser
interference fringes
Prior art date
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Pending
Application number
JP2960088A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Wakata
若田 仁志
Takeo Haruta
春田 健雄
Haruhiko Nagai
治彦 永井
Hajime Nakatani
元 中谷
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH01205488A publication Critical patent/JPH01205488A/en
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01S3/10Controlling 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

Abstract

PURPOSE:To stabilize an oscillation wavelength in the case of a narrow band oscillation, by installing a light source projecting a light beam spectrally diffracted only by a wavelength tuning element to the wavelength tuning element, and providing a control mechanism which detects an interference fringe generated and alters a wavelength capable of being transmitted so that it becomes equal to the interference fringe corresponding to the wavelength of oscillation of specified laser beam. CONSTITUTION:At least two of wavelength tuning elements 5, 6, which respectively vary wavelengths capable of being transmitted while spectrally diffracting incident beams and have different transmission wavelength width, are set up into an optical resonator 1 for a laser oscillator. Interference fringes formed by laser beams are detected, and the wavelength capable of being transmitted of the first wavelength tuning element 6 having narrowest transmission wavelength width is changed so that the interference fringes are brought to the reference interference fringes of laser beams having a specified oscillation wavelength while a light source 11 projecting beams spectrally diffracted only by a second wavelength tuning element 5 is fitted to the element 5. Interference fringes, which are spectrally diffracted from beams from the light source 11 and generated, are detected, and the wavelength capable of being transmitted of the wavelength tuning element 5 is altered so that the interference fringes become equal to interference fringes corresponding to the oscillation wavelength of the predetermined laser beams. Accordingly, the centers of the transmission wavelengths of each wavelength tuning element 5, 6 coincide with each other, and the transmission wavelengths are tuned with a fixed narrow band laser oscillation wavelength at all times.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、狭帯域レーザ発振器、特にその発振波長の
安定化に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a narrowband laser oscillator, and particularly to stabilization of its oscillation wavelength.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第7図は例えば雑誌「OAN、J、PHY8. VOL
63(’85)。
Figure 7 shows, for example, the magazine “OAN, J, PHY8. VOL.
63 ('85).

P、214」に示された従来のレーザ装置を示す構成図
であり、図において、(1)は光共振器であり、レーザ
媒質(2)、全反射鏡(8)及び部分反射鏡(4)で構
成されている。(5)及び(6)は光共振器内に設けら
れレーザビームを狭帯域化する粗調用及び微調用波長同
調素子であり、代表的なものにエタロンがある。
In the figure, (1) is an optical resonator, and includes a laser medium (2), a total reflection mirror (8), and a partial reflection mirror (4). ). (5) and (6) are wavelength tuning elements for coarse tuning and fine tuning that are provided in the optical resonator to narrow the band of the laser beam, and a typical example is an etalon.

(γ)は狭帯域化され光共振器(1)外へ出てゆくレー
ザビームである。
(γ) is a laser beam whose band is narrowed and goes out of the optical resonator (1).

次に動作について説明する。第7図において、通常、レ
ーザ媒質(2)は全反射鏡(8)と部分反射鏡(4)か
らなる光共振器に囲まれ光はこの光共振器を何度も往復
する間に増幅され、レーザビーム(γ)として取り出さ
れる。どころで、レーザ発振器のうちのいくつかのもの
、たとえは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、光共振器内に
波長同調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波長同調素子
を用いれば限り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. 7, a laser medium (2) is usually surrounded by an optical resonator consisting of a total reflection mirror (8) and a partial reflection mirror (4), and the light is amplified while traveling back and forth through this optical resonator many times. , is extracted as a laser beam (γ). However, some laser oscillators, such as excimer lasers, semiconductor lasers, dye lasers, and some solid-state lasers, have a wide oscillation wavelength range, and can be oscillated by inserting a wavelength tuning element into the optical resonator. The wavelength width can be narrowed. For example, if a plurality of wavelength tuning elements are used as in this example, a laser beam as close to monochromatic light as possible can be obtained.

ここでは、特に粗調用波長同調素子(5)と微調用波長
同調素子(6)の2個の波長同調素子を光共振器内に挿
入した場合について述べる。第8図はレーザの発振幅が
狭くなる原理を示した図で、(a)は粗調用波長同調素
子(5)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λ77L1は(1)式2式%(1) であられせる波長となる。ここで、nは波長同調素子を
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は光が波長同調素子に入射するときの
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やdや
θ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。
In particular, a case will be described in which two wavelength tuning elements, a coarse tuning wavelength tuning element (5) and a fine tuning wavelength tuning element (6), are inserted into an optical resonator. FIG. 8 is a diagram showing the principle of narrowing the laser emission amplitude, and (a) shows the spectral characteristics of the coarse tuning wavelength tuning element (5). The position λ77L1 of each peak of this spectral characteristic becomes the wavelength determined by Equation (1) and Equation 2 (1). Here, n is the refractive index of the material between the two mirror surfaces that make up the wavelength tuning element, d is the distance between the mirror surfaces, θ1 is the angle at which light enters the wavelength tuning element, and m is an integer. be. Several peaks correspond to different m. As is clear from this equation, the peak wavelength of the peak can be freely changed by changing n, d, and θ.

一方、ピークとピークの間は自由軽スペクトル領域(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。ここでブはフィネスと呼び、波長同調素子
の性能により決まるものである。
On the other hand, the region between the peaks is called a free light spectral region (hereinafter abbreviated as FSR), and is expressed by equation (2). Further, the half-width Δλ1 of each peak is expressed by equation (3). Here, the value is called finesse and is determined by the performance of the wavelength tuning element.

一方、第8図(C)はレーザ媒質のゲインの分光特性を
示l、たものである。光共振器中に波長同調素子が存在
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、粗調用波長同調素子(5
)のピークの位置h1をゲインが存在する範囲のどこか
の波長λOに等しくなるよう、しかも、ゲインが存在す
る波長内に7m1以外の他のピークがこないようdl等
を決定すれば、粗調用波長同調素子の存在によりλO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. 8(C) shows the spectral characteristics of the gain of the laser medium. If there is no wavelength tuning element in the optical resonator, the light is amplified within the range where this gain exists and becomes a laser beam. At that time, a coarse tuning wavelength tuning element (5
) so that the peak position h1 of Due to the presence of the wavelength tuning element, a state with less loss is achieved only at λO, 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
Iの最低値は決まり、また、フィネス1は波長同調素子
の性能により決まり、せいぜい20程度であるから、粗
調用波長同調素子1個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 minimum value of I is determined, and the finesse 1 is determined by the performance of the wavelength tuning element and is about 20 at most, so there is a limit to the wavelength width that can be narrowed with only one coarse tuning wavelength tuning element.

そこで、もう1個微調用の波長同調素子(6)を用いる
ことになる。その分光特性は例えば、第8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
くし、FSR2はFSR22Δλ1となるようにすれば
よい。
Therefore, another wavelength tuning element (6) for fine tuning is used. The spectral characteristics may be as shown in FIG. 8(b), for example. In this case, the peak wavelength λm2 may be set equal to λ0, and the FSR2 may be set to FSR22Δλ1.

さらに狭くしたい時には、また1個波長同調素子を用い
ればよい。
If you want to make it even narrower, you can use one more wavelength tuning element.

このようにして、もともと第8図(0)のような分光特
性であったレーザビームは2個の波長同調素子を用いる
ことにより、第8図(d)に示すようにそれぞれの波長
同調素子のピークが重なる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、発振中に波長同調
素子を何度も通るから、レーザビームの線幅は2個の波
長同調素子により決まる波長幅のl−bとなる。
In this way, by using two wavelength tuning elements, the laser beam that originally had the spectral characteristics as shown in Figure 8(0) can be changed to Oscillation occurs only in a narrow range centered on λ0 where the peaks overlap. In reality, since the laser beam passes through the wavelength tuning elements many times during oscillation, the linewidth of the laser beam is equal to the wavelength width lb determined by the two wavelength tuning elements.

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。
Now, as described above, it is possible to narrow the wavelength width of a laser beam, 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
ては光共振器を改良したり入射角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
ビームが波長同調素子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。この問題を第9図を用いて説
明する。
However, as noted in the magazine, short-term stability can be improved by improving the optical resonator or reducing the incident angle θ, but in the long term, thermal problems, especially laser beams, can be improved. A major problem is wavelength shift due to heat generation when passing through a wavelength tuning element. This problem will be explained using FIG. 9.

第9図(a)は粗調用波長同調素子(5)の分光特性を
拡大したものであり、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
る発熱が生じ波長同調素子が変形する。この変形は波長
同調素子の特性を劣化させる程ではないが、波長同調素
子のギャップ長を変え、その結果波長をシフトさせる。
FIG. 9(a) is an enlarged view of the spectral characteristics of the coarse tuning wavelength tuning element (5), and the solid line represents the spectral characteristics immediately after oscillation. By the way, after oscillation, heat is generated by the laser beam and the wavelength tuning element is deformed. Although this deformation does not degrade the properties of the wavelength tuning element, it does change the gap length of the wavelength tuning element, thereby shifting the wavelength.

そのシフト量と波長同調素子の変形によるdの変化との
間には(4)式の関係がある。
There is a relationship expressed by equation (4) between the amount of shift and the change in d due to deformation of the wavelength tuning element.

Δλ=□Δd     ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(4)ここで、波長シフトの方向は波長
同調素子の構造等により決まり、特定の波長同調素子を
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。その時のシフトの様子を第9図(alの点線
で示す。一方、微調用波長同調素子(6)もまた同様な
波長シフトが生じている。1その様子は第9図(b)の
ようになる。微調用波長同調素子の波長シフト量は波長
同調素子の間隔d2が粗調用波長同調素子の間隔d1よ
り大きい分だけ小さくなる。
Δλ=□Δd・・・・・・・・・・・・・・・
(4) Here, the direction of the wavelength shift is determined by the structure of the wavelength tuning element, etc., and if a specific wavelength tuning element is used, the wavelength will be shifted in one direction due to the heat generated by the laser beam. The state of the shift at that time is shown by the dotted line in Fig. 9 (al). On the other hand, a similar wavelength shift has also occurred in the wavelength tuning element (6) for fine tuning. 1 The state is shown in Fig. 9 (b). The amount of wavelength shift of the fine tuning wavelength tuning element becomes smaller by the amount that the interval d2 of the wavelength tuning elements is larger than the interval d1 of the coarse tuning wavelength tuning element.

さて、その際の問題は2枚の波長同調素子の分光特性の
ピーク波長λm1と2m2がずれることである。その時
、両者を重ねた時の光透過量はλmlと2m2が等しい
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9図(C)に示す。長時間発振した後では、レーザ出
力はλ0から2m2に波長シフトするとともに出力が低
下する。またシフトmが大きい時は微調用波長同調素子
の他のモードの発振も起こりつる。
Now, the problem in this case is that the peak wavelengths λm1 and 2m2 of the spectral characteristics of the two wavelength tuning elements are shifted. At that time, the amount of light transmitted when both are overlapped is reduced compared to the case where λml and 2m2 are equal. The state of laser oscillation at that time is shown in FIG. 9(C). After oscillation for a long time, the laser output undergoes a wavelength shift from λ0 to 2 m2 and the output decreases. Furthermore, when the shift m is large, oscillation in other modes of the wavelength tuning element for fine tuning may also occur.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

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
、波長同調素子の熱的な変形による波長シフトが生じ、
それに伴ない出力も低下するため熱的な変形が小さい低
出力レーザにしか適用できないという課題があった。
Conventional narrowband laser devices are configured as described above, and a wavelength shift occurs due to thermal deformation of the wavelength tuning element.
The problem is that this method can only be applied to low-power lasers with small thermal deformation because the output power also decreases.

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、狭帯域化した際の発振波長が安定化されるレー
ザ装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a laser device whose oscillation wavelength is stabilized when the band is narrowed.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係るレーザ装置は、レーザ発振器の光共振器
内に透過できる波長をそれぞれ変えられるとともに入射
光を分光させる少なくとも2個の透過波長幅の異なる波
長同調素子を有し、レーザビームより形成した干渉縞を
検出しこれが所定の発振波長をもつレーザビームの基準
干渉縞になるように一番狭い透過波長幅を持つ第一の波
長同調素子の透過できる波長を変えるとともに、第二の
波長同調素子にこれのみで分光される光を入射する光源
を設け、この光より分光されて生じる干渉縞を検出しこ
れが所定のレーザビームの発振波長に対応する干渉縞に
なるように第二の波長同調素子の透過できる波長を変え
るものである。
A laser device according to the present invention has at least two wavelength tuning elements each having a different transmission wavelength width, each of which can change the wavelength that can be transmitted into an optical resonator of a laser oscillator, and which splits incident light into different wavelengths, and which can be formed from a laser beam. The first wavelength tuning element having the narrowest transmission wavelength width is changed so that the interference fringes are detected and the interference fringes become reference interference fringes for a laser beam having a predetermined oscillation wavelength. A second wavelength tuning element is provided in which a light source that inputs light that is separated by this alone is applied, and a second wavelength tuning element is used to detect interference fringes generated by the separation of the light and to make the interference fringes correspond to the oscillation wavelength of a predetermined laser beam. This changes the wavelength that can be transmitted.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、各々の波長同調素子の透過波長の
中心が一致し、所定の狭帯域レーザ発振波長につねに同
調されている。
In this invention, the centers of the transmission wavelengths of each wavelength tuning element coincide, and are always tuned to a predetermined narrow band laser oscillation wavelength.

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

第1図はこの発明の一実施例のレーザ装置を示す構成図
であり、(1)〜(γ)は従来例と同様のものである。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser device according to an embodiment of the present invention, and (1) to (γ) are similar to those of the conventional example.

波長同調素子は、粗調用と微調用の2個の場合を例にと
り、以下説明する。(9)はレーザビーム(γ)の一部
を反射鏡(8)を介して導いたあと、これより形成した
干渉縞を検出する第一の干渉縞検出器である。(10)
はこの干渉縞が所定の発振波長を持つレーザビームの基
準干渉縞になるように微調用波長同調素子(6)の透過
できる波長を変える第一の波長同調素子制御機構である
。旧)は粗調用波長同調素子(5)にこれのみで分光さ
れる光を入射する光源、(13)はこの光が集光レンズ
(1zにより集光され粗調用波長同調素子(5)に入射
する光である。(]51はこの光が粗調用波長同調素子
(6)を透過したあと反射鏡Iを介して導かれそれより
生じる干渉縞を検出する第二の干渉縞検出器である。こ
の時生じる干渉縞は、粗調用同調素子(5)のみで分光
されたものである。(16)はこの干渉縞を所定のレー
ザビームの発振波長に対応する干渉縞になるように粗調
用波長同調素子(5)の透過できる波長を変える第二の
波長同調素子制御機構である。(17)は粗調用あるい
は微調用の制御の要否や優先性を選択する選択制御機構
である。
The following explanation will be given by taking as an example the case where there are two wavelength tuning elements, one for coarse tuning and one for fine tuning. (9) is a first interference fringe detector that detects interference fringes formed from a part of the laser beam (γ) guided through a reflecting mirror (8). (10)
is a first wavelength tuning element control mechanism that changes the wavelength that can be transmitted by the fine tuning wavelength tuning element (6) so that this interference fringe becomes a reference interference fringe of a laser beam having a predetermined oscillation wavelength. (old) is a light source that enters the light that is separated by itself into the coarse tuning wavelength tuning element (5), and (13) is a light source in which this light is focused by a condenser lens (1z) and input to the coarse tuning wavelength tuning element (5). () 51 is a second interference fringe detector which detects the interference fringes produced by this light transmitted through the coarse tuning wavelength tuning element (6) and guided through the reflecting mirror I. The interference fringes generated at this time are spectrally separated only by the coarse tuning tuning element (5).(16) adjusts the coarse tuning wavelength so that the interference fringes correspond to the oscillation wavelength of the predetermined laser beam. This is a second wavelength tuning element control mechanism that changes the wavelength that can be transmitted by the tuning element (5). (17) is a selection control mechanism that selects the necessity and priority of coarse tuning or fine tuning control.

次に動作について説明する。従来例と同様に2個の波長
同調素子(5) 、 (6)を光共振器内に挿入するこ
とにより発振波長幅が狭く、かつゲインが存在する範囲
の任意の波長λOのレーザビーム(γ)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波長同調
素子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 wavelength tuning elements (5) and (6) into the optical resonator, a laser beam (γ ) can be obtained. However, as mentioned above, this alone results in unstable wavelength and output, and therefore a control mechanism for the wavelength tuning element as described below is required.

まず、微調用波長同調素子すなわち一番狭い透過波長幅
を持つ波長同調素子の制御機構から説明する。この波長
同調素子の透過波長幅はレーザビームの出力波長幅に等
しいのでこれの制御はレーザビームより形成した干渉縞
が所定の基準干渉縞になるように透過できる波長を変え
ることにより行う。ます、第2図により干渉縞の検出例
を説明する。
First, the control mechanism of the wavelength tuning element for fine tuning, that is, the wavelength tuning element having the narrowest transmission wavelength width will be explained. Since the transmission wavelength width of this wavelength tuning element is equal to the output wavelength width of the laser beam, this is controlled by changing the wavelength that can be transmitted so that the interference fringes formed by the laser beam become predetermined reference interference fringes. First, an example of detection of interference fringes will be explained with reference to FIG.

第2図において、レーザビーム(γ)の一部を干渉縞検
出器(9)に導く。干渉縞検出器(9)は例えばエタロ
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 (γ) is guided to an interference fringe detector (9). The interference fringe detector (9) may have a spectroscopy function using, for example, an etalon, a prism, a grating Fizeau interferometer, etc., but in this embodiment, a case where an etalon and an image sensor are used will be described.

干渉縞検出器(9)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■とエタロシ四とレンズ(2
21とからなっている。イシテグレータ(20)Kより
生じた発散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(21)を透過し結像レンズ02にいたる。
The interference fringe detector (9) consists of an integrator (2) that weakens or diffuses the laser beam, an etaloshi (4), and a lens (2).
It consists of 21. Of the divergent components generated from the isitegrator (20) K, only the component having a specific incident angle θ passes through the etalon (21) and reaches the imaging lens 02.

レンズの焦点距離をfとすれば、θの成分を持つ光は焦
点位置においてレンズの軸よりf・θ離れたところに集
まり、円形の干渉縞を形成する。そこで、撮像素子(2
3)により光の集まる位置を観測すればθがもとまり、
先に示した波長同調素子の透過波長の式よりλが計算で
きる。
If the focal length of the lens is f, then light having a component of θ gathers at a focal position at a distance of f·θ from the axis of the lens, forming circular interference fringes. Therefore, the image sensor (2
By observing the position where the light gathers according to 3), θ is determined,
λ can be calculated from the equation for the transmission wavelength of the wavelength tuning element shown above.

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エタロンの鏡面間の距離など
で設計的に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のがよい。
By the way, the intensity distribution of light on the image sensor is as shown in FIG. 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. Moreover, since the free spectral range can be determined by design, such as the distance between the mirror surfaces of the etalon, it is better to design it 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を処理して、θを出すために画像処
理部(241で解析する。さらにここでは現在の波長λ
を計算し、制御機構00)を通じて発振波長の調整を行
なう。
In addition, since Fuyuyama has a light intensity distribution corresponding to the wavelength distribution of the laser beam, this is processed and analyzed by the image processing unit (241) to obtain θ.Furthermore, here, the current wavelength λ
is calculated, and the oscillation wavelength is adjusted through the control mechanism 00).

このようにして、レーザビームより形成した干渉縞を検
出し、これが所定の発振波長を持つレーザビームの基準
干渉縞になるように、波長同調素子のうちで一番狭い透
過波長幅をもつもの、この実施例では微調用波長同調素
子(6)の角度などを変えて透過できる波長を変えるこ
とによりレーザの発振波長を所定の波長に制御すること
ができる。
In this way, the interference fringes formed by the laser beam are detected, and the wavelength tuning element having the narrowest transmission wavelength width is In this embodiment, the oscillation wavelength of the laser can be controlled to a predetermined wavelength by changing the angle of the fine tuning wavelength tuning element (6) to change the wavelength that can be transmitted.

次に、粗調用波長同調素子(5)の制御機構について説
明する。レーザビームの出力には、微調用波長同調素子
で決まる透過波長幅成分のみが現われ、粗調用波長同調
素子の影響は隠れてしまう。従って、粗調用波長同調素
子の制御には、これのみで分光される光源を用いて行う
必要がある。このとき、この光源の光軸がレーザ光軸に
一致するように設けられる場合は、微調用波長同調素子
にはこの光源からの光はそのまま透過させ粗調用波長同
調素子のみで分光されるようにするために、レーザビー
ムとは波長を違えておく必要がある。ただし、レーザ光
軸と角度をずらせた方向、例えは斜め方向から粗調用波
長同調素子のみに入射させる光源の場合には、その波長
は必ずしも違える必要はない。
Next, the control mechanism of the coarse tuning wavelength tuning element (5) will be explained. In the output of the laser beam, only the transmitted wavelength width component determined by the fine tuning wavelength tuning element appears, and the influence of the coarse tuning wavelength tuning element is hidden. Therefore, it is necessary to control the coarse tuning wavelength tuning element using a light source that spectrally disperses only this element. At this time, if the optical axis of this light source is set to match the laser optical axis, the light from this light source will pass through the fine tuning wavelength tuning element as it is and will be separated by only the coarse tuning wavelength tuning element. In order to do this, it is necessary to have a different wavelength from the laser beam. However, in the case of a light source that enters only the coarse tuning wavelength tuning element from a direction that is angularly shifted from the laser optical axis, for example from an oblique direction, the wavelengths do not necessarily need to be different.

第1図の実施例では、光軸が一致している場合で01)
がその光源である。ここでは、レーザ媒質(1)が中心
波長248株のKrFレーザであるのに対し、光源(1
1)Kは中心波長633MのHeNeレーザを用いてい
る。He Ne レーザからの光Uは、線幅が0、OO
5#I11以下の安定したものである。なお、シングル
モードのHeNeレーザを用いれは、さらに−桁以上の
安定な狭い線幅のものが得られる。その他、Ar  レ
ーザやNaラシプ等もレーザ発振波長とは波長が異なる
ので、この光源として用いることができる。このような
光源(II)からの光をレンズaので集光し、粗調用波
長同調素子(5)に入射する。このとき鏡(8)、(4
)及び微調用波長同調素子(6)はHeNeの波長に対
しては十分透過するようなコーティシグを施しておく。
In the example shown in Fig. 1, when the optical axes match, 01)
is the light source. Here, the laser medium (1) is a KrF laser with a center wavelength of 248, while the light source (1)
1) K uses a HeNe laser with a center wavelength of 633M. The light U from the He Ne laser has a line width of 0 and OO
It is stable with 5#I11 or less. Note that when a single mode HeNe laser is used, a linewidth that is even more stable and narrower by an order of magnitude can be obtained. In addition, Ar laser, Na laser beam, etc. can also be used as this light source since their wavelengths are different from the laser oscillation wavelength. The light from such a light source (II) is collected by the lens a, and is incident on the coarse tuning wavelength tuning element (5). At this time, mirror (8), (4
) and the fine-tuning wavelength tuning element (6) are coated with a coating that sufficiently transmits the wavelength of HeNe.

一方、粗調用波長同調素子はレーザビーム(γ)の波長
に対してもHeNeの波長に対しても高反射率になるよ
うなコーティシグが施され、この反射特性は、例えば第
4図の様になっている。このとき、He Neの波長が
KrFレーザの波長に比べて2倍以上長いために粗調用
波長同調素子(5)の分解能が下がるのをフィネスを高
くすることによって防いでいろ。ここで、フィネスとは
波長同調素子の分解能を表わす量で波長同調素子を通る
ビームの径が小さくなるほどあるいは反射率が高くなる
ほど上がる性質のものである。
On the other hand, the coarse tuning wavelength tuning element is coated with a coating that has a high reflectance for both the wavelength of the laser beam (γ) and the wavelength of HeNe, and this reflection characteristic is, for example, as shown in Figure 4. It has become. At this time, increase the finesse to prevent the resolution of the coarse tuning wavelength tuning element (5) from decreasing because the wavelength of He Ne is more than twice as long as the wavelength of the KrF laser. Here, the finesse is a quantity representing the resolution of a wavelength tuning element, and is a property that increases as the diameter of a beam passing through the wavelength tuning element becomes smaller or as the reflectance increases.

さて、このようなレーザ装置において、HeNeレーザ
が粗調用波長同調素子(5)に入射されれば、特定の入
射角度成分をもつ波長のみが選択される。
Now, in such a laser device, when a HeNe laser is incident on the coarse tuning wavelength tuning element (5), only wavelengths having a specific incident angle component are selected.

このビームを例えばHeNeの波長で高い反射率をもつ
反射鏡(1,4)で反射させ、第二の干渉縞検出器(1
5)に導く。干渉縞検出器(I5)では、その構成例を
第2図に示しているように、ここに導かれた光はレンズ
(25)により集光され円形の干渉縞が生じる。この干
渉縞を撮像素子(26)で検出したあと、画像処理部(
27)で解析すれば粗調用波長同調素子の透過中心波長
λmlが求まる。ここで、撮像素子としては一次元のイ
メージセシサや干渉縞の一本をまたぐように置かれた2
分割フォトタイオードなどが使用できる。
This beam is reflected by a reflector (1, 4) having a high reflectance at a wavelength of HeNe, for example, and is sent to a second interference fringe detector (1, 4).
5). In the interference fringe detector (I5), as an example of its configuration is shown in FIG. 2, the light guided here is condensed by a lens (25) to produce circular interference fringes. After detecting this interference pattern with the image sensor (26), the image processing unit (
27), the transmission center wavelength λml of the coarse tuning wavelength tuning element can be found. Here, the image sensor is a one-dimensional image sensor or a two-dimensional image sensor placed across one of the interference fringes.
A split photodiode etc. can be used.

このように、光源(+1+からの光より分光されて生じ
る干渉縞を検出し、これが所定のレーザビームの発振波
長に対応する干渉縞になるように粗調用波長同調素子(
5ンの角度などを変えてその透過できる波長を制御すれ
ばよい。
In this way, the coarse tuning wavelength tuning element (
The wavelength that can be transmitted can be controlled by changing the angle of the light beam.

次に、このような制御方法の具体例を説明する。Next, a specific example of such a control method will be explained.

第5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ーチャート図であり、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. 5 (A+ is a flowchart diagram 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 wavelength is An example of controlling is shown below.

ステップ(30)でエタロン(21)によりレーザビー
ムを分光し、ステップ(31)で撮像素子(23)によ
り一次元の光強度分布を測定する。ステップ(32)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(33)で最大強度を示す位置Xを求
め、次にステップ(34)で得られる値χ0(指定波長
に対応する指定された位置座標)と比較し、異なる時は
X〉χ0かX<XOKより機構α0)を通じて微調用波
長同調素子(6)を制御して微調用波長同調素子の透過
域の中心波長λm2を変化させ(ステップ(35) )
 、再びヌテツブ渕にもどりχ−χOとなるまでこの動
作をくり返す。以上のようにして微調用波長同調素子(
6)を調整することによりレーザの発振波長は一定に保
たれる。
In step (30), the etalon (21) separates the laser beam, and in step (31), the image sensor (23) measures the one-dimensional light intensity distribution. In step (32), this measurement data is smoothed and subjected to image processing such as removing noise. In step (33), the position X showing the maximum intensity is determined. Next, in step (34), the value χ0 (specified wavelength If they are different, the fine tuning wavelength tuning element (6) is controlled through the mechanism α0) from X>χ0 or X<XOK to set the center of the transmission range of the fine tuning wavelength tuning element. Change the wavelength λm2 (step (35))
, returns to Nutetsububuchi again and repeats this operation until χ-χO is reached. As described above, the wavelength tuning element for fine tuning (
By adjusting 6), the oscillation wavelength of the laser can be kept constant.

一方、粗調用波長同調素子(5)の制御に対しては、ス
テップ(36)で光源(11)からの光を集光し、粗調
用波長同調素子(5)のみによる円形状の干渉縞を発生
させる。ステップ(37)で−次元の光強度分布を測定
する。ステップ(38)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(39)で
最大強度を示す位置Yを求め、次にステップ(40)で
得られる値Yo (λml−λm2に対応する指定され
た位置座標)と比較し、異なる時はY〉YOかY (Y
oにより制御機構(16)を通じて粗調用波長同調素子
(5)を制御して粗調用波長同調素子の透過域の中心波
長λmlを変化させ(ステップ(41) )、再びステ
ップ(36)にもどりY = Yoとなるまでこの動作
をくり返す。尚、検出器として2分割フォトダイオード
を用いた場合には、ダイオードをYOの点に配置し2つ
の素子の出力が等しくなるように制御機構06)を通じ
て粗調用波長同調素子(5)を制御すればよい。
On the other hand, for controlling the coarse tuning wavelength tuning element (5), in step (36) the light from the light source (11) is focused, and circular interference fringes are created by only the coarse tuning wavelength tuning element (5). generate. In step (37), -dimensional light intensity distribution is measured. In step (38), this measurement data is smoothed and subjected to image processing such as removing noise. In step (39), the position Y showing the maximum intensity is determined. Next, in step (40), the value Yo (λml- (specified position coordinates corresponding to λm2), and if different, Y>YO or Y (Y
o controls the coarse tuning wavelength tuning element (5) through the control mechanism (16) to change the center wavelength λml of the transmission range of the coarse tuning wavelength tuning element (step (41)), and returns to step (36) again. Repeat this operation until =Yo. In addition, when a two-split photodiode is used as a detector, the diode should be placed at the point YO, and the coarse tuning wavelength tuning element (5) should be controlled through the control mechanism 06) so that the outputs of the two elements are equal. Bye.

ところで、2個の波長同調素子(5) 、 (6)の制
御は同時に行なってもよいが、たとえは、微調用波長同
調素子(6)の中心波長を動かしすきたためにレーザ出
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、選択制御機構(17)を設け
、第5図のフローチャートの一番最初の部分(A+、(
H)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(A)の制御を優先させている。
By the way, the two wavelength tuning elements (5) and (6) may be controlled at the same time, but for example, if the center wavelength of the fine tuning wavelength tuning element (6) is moved, the laser output may fluctuate. Therefore, if control is performed in a chaotic manner, output fluctuations may be exacerbated. Therefore,
In order to monitor both controls, a selection control mechanism (17) is provided, and the first part (A+, (
H) Allow control selection to be made. In this embodiment, priority is given to control (B) immediately after the start of laser oscillation, and priority is given to control (A) after the operation has stabilized to some extent.

上記実施例では、干渉縞検出器には、エタロンを用いた
がプリズムやフィゾーの干渉計なと分光できる素子であ
ればよい。
In the above embodiment, an etalon is used as the interference fringe detector, but any element capable of spectroscopy may be used, such as a prism or a Fizeau interferometer.

また、干渉縞検出器としてレーザビームより形成したり
、あるいは光源よりの光が分光されて生じた干渉縞の光
強度分布を画像処理して波長ズレを求め、波長同調素子
を制御する方法を示したが、光強度分布を画像処理しな
くても、例えは2分割光検出器を配置して、光強度の変
化具合から制御するなど干渉縞が検出できる方法であれ
ば同様の効果を奏する。
We also show how to control a wavelength tuning element by image processing the light intensity distribution of interference fringes formed by a laser beam as an interference fringe detector or by splitting light from a light source to determine the wavelength shift. However, even if the light intensity distribution is not subjected to image processing, the same effect can be achieved as long as the interference fringes can be detected, for example by arranging a two-split photodetector and controlling based on the change in light intensity.

尚、光源01)からの光の入射方法として、第6図に示
すように粗調用波長同調素子のみに入射できるように斜
めから入射させて、これを透過したりあるいは反射して
生じる干渉縞を検出して粗調用波長同調素子の制御を行
なってもよい。ただし、反射光を利用する場合は干渉縞
の強度分布が逆転するが、信号処理等を行うことにより
上記実施例と同様の効果を奏する。
As shown in Fig. 6, the light from the light source 01) is incident obliquely so that it enters only the wavelength tuning element for coarse tuning, and the interference fringes that are generated by transmitting or reflecting the light are observed. The coarse tuning wavelength tuning element may be controlled by detection. However, when using reflected light, the intensity distribution of interference fringes is reversed, but by performing signal processing etc., the same effect as in the above embodiment can be achieved.

さらに、波長同調素子は2個の場合で説明したが、これ
より多い場合には一番狭い透過波長幅のものはレーザビ
ームより形成した干渉縞により制御し、それ以外のもの
にはそれらで分光される光源を設け、それらによる干渉
縞により制御するようにすればよい。
Furthermore, although the explanation has been made for the case of two wavelength tuning elements, if there are more than two wavelength tuning elements, the one with the narrowest transmission wavelength width is controlled by the interference fringes formed by the laser beam, and the other wavelength tuning elements are spectralized using them. It is only necessary to provide a light source and control using interference fringes generated by the light source.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明は以上説明したとおり、レーザ発振器の光共振
器内に少なくとも2個の波長同調素子を有し、レーザビ
ームより形成した干渉縞を検出し、これが所定の発振波
長を持つレーザビームの基準干渉縞になるように、一番
狭い透過波長幅を持つ波長同調素子の透過できる波長を
変えるとともに、その他の波長同調素子にこれのみで分
光される光を入射する光源を設け、この光より分光され
て生じる干渉縞を検出し、これが所定のレーザビームの
発振波長に対応する干渉縞になるように透過できる波長
を変える制御機構を構成したので、狭帯域化した際の発
振波長が安定化される効果がある。
As explained above, this invention has at least two wavelength tuning elements in the optical resonator of a laser oscillator, detects interference fringes formed by a laser beam, and detects interference fringes formed by a laser beam having a predetermined oscillation wavelength. In order to create stripes, the wavelength that can be transmitted by the wavelength tuning element with the narrowest transmission wavelength width is changed, and a light source is provided that inputs the light that is split only by this wavelength tuning element into the other wavelength tuning elements, and the light is split from this light. We configured a control mechanism that detects the interference fringes generated by the laser beam and changes the wavelength that can be transmitted so that the interference fringes correspond to the oscillation wavelength of a predetermined laser beam, thereby stabilizing the oscillation wavelength when narrowing the band. effective.

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

第1図はこの発明の一実施例のレーザ装置を示す構成図
、第2図はこの発明の一実施例で使用される干渉縞検出
器の一例を示す図、第3図はこの発明の一実施例の動作
を説明するための光強度分布の例を示す図、第4図はこ
の発明の一実施例で使用される波長同調素子の波長と反
射率の関係を示す図、第5図はこの発明の一実施例で行
われる安定化方法の一例の概略を示すフローチャート図
、第6図はこの発明の他の実施例のレーザ装置を示す構
成図、第7図は従来のレーザ装置を示す構成図、第8図
は複数個の波長同調素子によりレーザ出力が狭帯域化さ
れることを説明するための図、第9図は波長同調素子の
波長シフトに基づきレーザ出力が低下することを説明す
るための図である。 図において、(1)は光共振器、(5)は第二の波長同
調素子゛、(6)は第一の波長同調素子、(9)は第一
の干渉縞検出器、(ltO)は第一の波長同調素子制御
機構、01)は光源、05)は第二の干渉縞検出器、(
16)は第二の波長同調素子制御機構である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Fig. 1 is a block diagram showing a laser device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing an example of an interference fringe detector used in an embodiment of the invention, and Fig. 3 is a diagram showing an example of an interference fringe detector used in an embodiment of the invention. A diagram showing an example of a light intensity distribution for explaining the operation of the embodiment, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between wavelength and reflectance of a wavelength tuning element used in an embodiment of the present invention, and FIG. A flowchart diagram showing an outline of an example of a stabilization method performed in one embodiment of the present invention, FIG. 6 is a configuration diagram showing a laser device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows a conventional laser device. The configuration diagram, Figure 8 is a diagram to explain that the laser output is narrow banded by multiple wavelength tuning elements, and Figure 9 is a diagram to explain that the laser output is reduced based on the wavelength shift of the wavelength tuning elements. This is a diagram for In the figure, (1) is an optical resonator, (5) is a second wavelength tuning element, (6) is a first wavelength tuning element, (9) is a first interference fringe detector, and (ltO) is a First wavelength tuning element control mechanism, 01) is a light source, 05) is a second interference fringe detector, (
16) is a second wavelength tuning element control mechanism. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 光共振器内に透過できる波長をそれぞれ変えられるとと
もに入射光を分光させる少なくとも2個の透過波長幅の
異なる波長同調素子を有するレーザ発振器と、このレー
ザ発振器から取り出されたレーザビームより第一の干渉
縞を形成しこれを検出する第一の干渉縞検出器と、 前記第一の干渉縞が所定の発振波長を持つレーザビーム
の基準干渉縞になるように前記波長同調素子のうち一番
狭い透過波長幅を持つ第一の波長同調素子の透過できる
波長を変える第一の波長同調素子制御機構と、 第一の波長同調素子以外の第二の波長同調素子にこれの
みで分光される光を入射する光源と、前記光より分光さ
れて生じる第二の干渉縞を検出する第二の干渉縞検出器
と、前記第二の干渉縞が所定のレーザビームの発振波長
に対応する干渉縞になるように第二の波長同調素子の透
過できる波長を変える第二の波長同調素子制御機構とを
備えたことを特徴とするレーザ装置。
[Scope of Claims] A laser oscillator having at least two wavelength tuning elements with different transmission wavelength widths, each of which can change the wavelength that can be transmitted into an optical resonator and separates incident light, and a laser extracted from this laser oscillator. a first interference fringe detector that forms and detects a first interference fringe from the beam; and a wavelength tuning element that adjusts the first interference fringe to become a reference interference fringe for a laser beam having a predetermined oscillation wavelength. A first wavelength tuning element control mechanism that changes the wavelength that can be transmitted by the first wavelength tuning element that has the narrowest transmission wavelength width among them, and a second wavelength tuning element other than the first wavelength tuning element. a light source that inputs light to be separated; a second interference fringe detector that detects second interference fringes generated by the separation of the light; and the second interference fringe corresponds to the oscillation wavelength of a predetermined laser beam. and a second wavelength tuning element control mechanism that changes the wavelength that can be transmitted by the second wavelength tuning element so as to produce interference fringes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4105471A1 (en) * 1990-02-21 1991-08-29 Mitsubishi Electric Corp LASER DEVICE WITH CONTROL OF THE WAVELENGTH OF THE VIBRATION

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4105471A1 (en) * 1990-02-21 1991-08-29 Mitsubishi Electric Corp LASER DEVICE WITH CONTROL OF THE WAVELENGTH OF THE VIBRATION
US5130998A (en) * 1990-02-21 1992-07-14 Mitsubiski Denki Kaubshiki Kaisha Laser device with oscillation wavelength control

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