JPH0122997B2 - - Google Patents

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JPH0122997B2
JPH0122997B2 JP56009563A JP956381A JPH0122997B2 JP H0122997 B2 JPH0122997 B2 JP H0122997B2 JP 56009563 A JP56009563 A JP 56009563A JP 956381 A JP956381 A JP 956381A JP H0122997 B2 JPH0122997 B2 JP H0122997B2
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JP
Japan
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temperature
resonator
electrostrictive element
supporter
signal
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JP56009563A
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English (en)
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JPS57124487A (en
Inventor
Masahiro Horiguchi
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Ushio Denki KK
Original Assignee
Ushio Denki KK
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Publication date
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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
    • H01S3/139Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスレーザ発振装置、特に単一周波数
安定化ガスレーザ発振装置に関するものである。
一般にガスレーザ発振装置においては、幾つか
の軸モードで発振しているレーザ光の或る軸モー
ドにおける中心周波数で発振せしめたときに最大
のレーザ出力が得られるが、このようなレーザ発
振を達成するためには、共振器間隔即ち共振器を
構成する反射鏡の相互離間距離を当該中心周波数
に適合する一定の値に安定に維持することが必要
である。
このため従来においては、第1図に示すよう
に、共振器サポータ1の両端に夫々反射鏡支持板
2A,2Bを固定し、一方の反射鏡支持板2Aに
は筒状の電歪素子3を介して一方の反射鏡4Aを
固定すると共に、他方の反射鏡支持板2Bに他方
の反射鏡4Bを固定してこれら反射鏡4A,4B
をガスレーザ放電管5を介して互に対向せしめ、
前記電歪素子3には電歪素子制御信号印加機構を
接続して電歪素子制御機構を構成しこれにより実
際に取り出されるレーザ光の周波数と当該レーザ
光の発振線の中心周波数との差が補償されるよ
う、当該電歪素子3を伸縮せしめて共振器間隔を
変化せしめるようにし、併せて前記ガスレーザ放
電管5において最大発振が行なわれる温度が動作
ガスにより定まる略一定の温度に保たれるべきで
あること、並びに通常石英若しくはインバー等の
熱膨脹率の小さな材質により作られるとはいえ温
度変化によつて生ずる共振器サポータ1の伸縮を
防止することの要請から、ガスレーザ放電管5を
含む外部共振器を恒温槽Q内に配置するようにし
ている。
図示の例における前記電歪素子制御信号印加機
構においては、例えば前記他方の反射鏡4Bから
取り出されるレーザ光Bの一部をハーフミラー6
により分割してこれを光検出器7により検出せし
めるようにすると共に、前記電歪素子3に変調用
電源8により交流の変調電圧信号を加えるように
し、この変調電圧信号の位相と、前記光検出器7
により検出されたレーザ光Bに現われる、前記変
調電圧信号の印加による変調位相とを、狭帯域増
幅器9を介して前記光検器7に接続した位相差検
出器10において比較し、これにより、実際に取
り出されるレーザ光Bの周波数の、当該レーザ光
の発振線の中心周波数に対する変位の大きさ及び
方向に応じて、その変位が補償されるよう、位相
差検出器10の出力信号を電歪素子制御信号とし
てこれを直流高圧増幅器11を介して前記電歪素
子3に印加するようにしている。
このように、従来のガスレーザ発振装置におい
ては、恒温槽Q等により共振器サポータ1の恒温
化を図る温度制御系により、共振器サポータ1の
伸縮による共振器間隔の変動防止を図り、更にこ
の温度制御系によつては防止し切れない共振器間
隔の変動を電歪素子3により電歪素子制御系によ
り補償せしめるようにしている。これは、温度制
御系によつて共振器サポータ1の全体を完全に所
期の温度に制御することが不可能であるからであ
つて、実際上、レーザ光発振によるガスレーザ放
電管5の発熱、及び外乱としての温度変化等によ
り、温度制御系の温度検知器が検知し得ない共振
器サポータ1の局部的な温度変動があるが、これ
は温度制御系によつて補償し得ないものである。
又温度制御系の応答速度が小さいために生ずる温
度変動もある。そしてこのような温度変動は、第
2図に示すように、設定温度TOを中心に或る変
動幅△Tの範囲内で生ずるものであるが、この温
度変動により当然共振器サポータ1の長さも変動
し、この長さ変動は、曲線で示すように、設定
温度TOに対応する基本長さLOを中心に温度変動
幅△Tに対応する長さ変動幅△Lの範囲内で生ず
ることとなる。この長さ変動を補償すべく、曲線
で示すように伸縮するよう制御される前記電歪
素子3が用いられるのである。
而して、ガスレーザ発振装置において高出力の
レーザ光を得るためには、ガスレーザ放電管5と
して比較的長大なものが必要であり、このため、
温度変動幅△Tが小さくても、これによつて生ず
る長さ変動幅△Lは相当に大きなものとなる。
然るに従来の装置においては、温度制御系と電
歪素子制御系とが、全く別個独立の系として構成
されているため、温度制御系によつて補償し切れ
ない共振器サポータ1の長さ変動の補償を、すべ
て電歪素子3のみによつて行なわなければなら
ず、しかもこの電歪素子3が補償すべき長さ変動
は相当大きなものであるため、前記電歪素子3と
して、その補償可能距離幅Eが相当大きなものが
必要とされる。
しかし、現在入手可能な電歪素子は、その補償
可能距離幅Eが最大約12ミクロンであり、1mを
越えるような長さのガスレーザ放電管を具える装
置における要求を満足せしめることができず、こ
のため、良好な性能を有するガスレーザ発振装置
は提供されていない。
更に従来の装置においては、温度制御系と電歪
素子制御系とが全く独立の系として構成されてい
るため、仮に補償可能距離幅Eが十分大きな電歪
素子が得られたとしても、設定温度TO又は基本
長さLOに対応する制御基準点EOが前記補償可能
距離幅Eの上限又は下限にある状態、即ち電歪素
子3がそれ以上伸長することができない点EMAX
又はそれ以上縮小することができない点EMINにお
いて安定化されるおそれがあり、前者の場合に
は、当該電歪素子3をそれ以上に伸長せしめるよ
うな電歪素子制御信号が加えられたときに当該電
歪素子3が破損するようになり、又後者の場合に
は、当該電歪素子3をそれ以上には縮小せしめ得
ないために共振器間隔の変動を補償することがで
きない。同様に、制御基準点EOがEMAX又はEMIN
近いときにも、各々一方向又は他方向への制御幅
が著しく制限されることとなる。
本発明は以上の如き事情に基いてなされたもの
であつて、共振器サポータを加熱する加熱機構
と、共振器サポータに設けられた電歪素子とを有
してなるガスレーザ発振装置において、電歪素子
の制御基準点の変動を小さくすることができるガ
スレーザ発振装置を提供することを目的とする。
以下、第1図の例に従い、本発明の一実施例に
ついて説明する。
本発明においては、第3図に示すように、例え
ばロツド状の共振器サポータ1の各々の外周面に
熱交換管20を巻回してこれに熱交換媒体(図の
例では水)を供給する媒体槽21を設け、この媒
体槽21内には共振器サポータ1を加熱する加熱
機構を構成するヒーター22を配置すると共に、
前記共振器サポータ1の温度が追従することとな
る前記熱交換管20に供給される熱交換媒体の温
度を検出する、例えばサーミスタより成る温度検
出器23を設け、この温度検出器23よりの検出
温度信号Dと後述する基準信号Rとを比較してそ
の差を補償するよう、当該差に応じた電流を前記
ヒーター22に供給する温度制御用差動増幅器2
4を設けて温度制御機構を構成する。
一方前記電歪素子3に印加される電歪素子制御
信号(以下単に「制御信号」という。)Cを高圧
分圧器25により電歪素子監視信号Mとして取り
出し、この電歪素子監視信号Mと温度設定用電源
26よりの温度設定信号Sとを入力信号とし、電
歪素子監視信号Mの標準値MOに対する変動分△
Mを修正信号としてこれにより前記温度設定信号
Sを修正した出力信号を発する加算器27を設
け、この加算器27の出力信号を前記基準信号R
として前記温度制御用差動増幅器24に加えるよ
うにして温度設定信号修正機構を構成する。ここ
で前記加算器27は、前記変動分△Mが減少する
方向、すなわち電歪素子の制御基準点の変動を抑
制する方向に共振器サポータ1が伸縮するよう、
温度設定信号Sを修正するものである。
本発明装置は以上のような構成であつて、その
動作は次の通りである。
先ず温度設定用電源26において、ガスレーザ
放電管5が最大出力で動作する温度に概略的に設
定してレーザ光を発振せしめ、電歪素子3に印加
される制御信号Cを監視しながら前記温度設定用
電源26を微小変化せしめることにより、制御信
号Cの大きさが、用いている電歪素子3がその補
償可能距離幅Eの略中央となる状態即ち電歪素子
3がEの略半分だけ伸長した状態に相当する大き
さとなる点を求め、この点を制御基準点とし、こ
の制御基準点における電歪素子監視信号Mを標準
値MOとして、前記温度設定用電源26を設定す
る。
斯くして、共振器サポータ1がこの設定温度
TOに安定化されている間は共振器サポータ1の
長さは基本長さLOに維持され、制御信号Cも電
歪素子3がその制御基準点EOにある状態となる
値に維持される。そしてこの状態における高圧分
圧器25よりの電歪素子監視信号Mは、第4図に
示すように標準値MOであつてその変動分△Mは
零であり、温度設定用電源26よりの温度設定信
号Sがそのまま基準信号Rとして温度制御用差動
増幅器24に加えられるが、このとき温度検出器
23よりの検出温度信号Dは、当然のことながら
設定温度TOに対応しているから、基準信号Rと
検出温度信号Dとの間の差は零であつて、これに
応じた電流が供給されているヒーター22もその
動作状態が安定化している。
然るに何らかの原因によつて共振器サポータ1
の温度がTOからtだけ上昇した場合には、これ
に応じて共振器サポータ1が伸長することにより
共振器サポータ1の長さはLOからlだけ大きく
なるが、この変動lによる共振器間隔の変動に応
じたレーザ発振周波数の変位により、当該共振器
間隔の変動に対応して変動した制御信号Cが電歪
素子3に印加されて電歪素子3が制御基準点EO
から、前記共振器サポータ1の長さ変動lに等し
い大きさeだけ伸長するようになる。
而して本発明においては、前記温度変化tが生
じた時刻Xにおいて、前記制御信号Cの変動に応
じて電歪素子監視信号Mが第4図に示すようにそ
の標準値MOより変動し、その変動分△Mが修正
信号となつてこれにより温度設定信号Sが修正を
受ける。この修正は、前記温度上昇tを補償する
方向、即ち見掛上、設定温度を降下せしめる方向
に行なわれる。そしてこの修正を受けた温度設定
信号Sが基準信号Rとなり、これによりヒーター
22に供給される温度制御用差動増幅器24より
の電流が変化され、前記共振器サポータ1が縮小
するよう、即ちその温度が低下する方向に制御さ
れる。
この結果、共振器サポータ1の縮小に応じて電
歪素子3も伸長し、電歪素子監視信号Mの変動分
△Mが小さくなるが、既述のように、基準信号R
が当該変動分△Mを含んだものであつて見掛け上
設定温度が変化した状態となつているため、当該
電歪素子監視信号Mは、第4図に実線で示すよう
に、時間Pが経過すると、当初の標準値MOより
若干変位したレベルにおいて安定化する。即ち、
電歪素子3がその制御基準点EOより若干伸長し
た状態で安定化する。
更に、以上のように、共振器サポータ1に長さ
変動が生ずると、これに対応する電歪素子監視信
号Mの変動分△Mにより、直ちに温度制御系がそ
の補償動作を開始することとなり、これが前記電
歪素子3の安定化までに要する時間Pの短縮に寄
与する。
以上の説明から理解されるように、本発明にお
いては、従来電歪素子制御系によつて補償してい
た共振器サポータ1の長さ変動(温度制御系によ
つては物理的に補償し得ない長さ変動、及び応答
速度が小さいことによる、温度制御系の補償動作
が開始されるまでの間の長さ変動を含む。)の一
部を、温度制御系に分担せしめてしかもその補償
動作が直ちに開始されるため、結局電歪素子3が
実際に補償すべき長さ変動が小さく抑制されたも
のとなり、従つて共振器サポータ1の長さ変動幅
△Lが大きい場合にも、その補償可能距離幅Eの
小さい電歪素子によつて十分対応して確実に補償
を達成することができ、長尺なガスレーザ放電管
による良好なガスレーザ発振装置を提供すること
ができる。
第4図の破線は、従来装置において、既述の電
歪素子監視信号Mに相当する信号M′の、同様の
温度変化があつたときの変化を示す。このグラフ
からも明かなように、従来においては、温度変化
があつた時刻Xから安定化が回復するまでに要す
る時間P′が非常に長く、しかも大きな変動分△
M′をもつた状態で安定化する。これは、電歪素
子3が大きく伸長した状態で安定化することを意
味し、大きな補償可能変動幅Eが要求されること
が明らかである。因みに、前記温度変化が温度制
御系により補償され得るものであれば、この信号
M′は、安定化した後温度制御系の動作開始と共
に△M′が減少する方向に変化するであろうが、
温度制御系により補償され得ないものであれば、
そのままで変化することはない。
これに対し本発明においては、電歪素子監視信
号Mが温度制御系にフイードバツクされるので、
変動分△Mの最大値△MMAXも従来の変動分△
M′の最大値△M′MAXより遥かに小さく、安定化す
るまでの時間PもP′より遥かに短い。
なお、共振器サポータ1が温度低下により縮小
した場合も、補償の方向が逆となるのみで他は上
述と全く同様である。
本発明においては、既述のような電歪素子3の
補償可能距離幅Eにおける中央にその制御基準点
EOが位置するよう、設定温度TOを定めることが
容易であり、このようにすることによつて、常に
共振器サポータ1を設定温度TO及び基本長さLO
となるよう制御することができ、従つて電歪素子
3を常にその補償範囲の広い好適な状態で利用す
ることができるので大きな信頼性が得られる。
以上本発明の一実施例について説明したが、本
発明において、電歪素子3を制御する制御信号を
得るためには、これに変調電圧信号を加えて位相
変位を検出する方法のみならず、他の従来公知の
方法、例えばゼーマン効果によつてレーザ光の偏
光としての性質が変化することを利用して磁場を
反転せしめる手段を利用する方法、外部に発射さ
れたレーザ光の一部を吸収セルに導入せしめてそ
の吸収の中心を検出する方法等を利用することも
できる。又共振器サポータ1の温度を制御する機
構も任意であつて図示の例に限らず、従来公知の
ものを利用することができる。
以上のように本発明によれば、共振器サポータ
を加熱する加熱機構と、共振器サポータに設けら
れた電歪素子とを有してなるガスレーザ発振装置
において、電歪素子の制御基準点の変動を小さく
することができ、従つて補償可能距離幅の小さい
電歪素子によつても十分に共振器間隔の安定化を
達成することのできるガスレーザ発振装置を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来におけるガスレーザ発振装置の一
例を示す説明図、第2図は温度変化に対する共振
器サポータ及び電歪素子の変位を示す説明図、第
3図は本発明ガスレーザ発振装置の一実施例を示
す説明図、第4図は本発明装置における電歪素子
監視信号の時間変化を、従来における装置の相当
する信号と比較して示す動作説明用のグラフであ
る。 1……共振器サポータ、3……電歪素子、4
A,4B……反射鏡、5……ガスレーザ放電管、
7……光検出器、8……変調用電源、10……位
相差検出器、11……直流高圧増幅器、20……
熱交換管、21……媒体槽、22……ヒーター、
23……温度検出器、24……温度制御用差動増
幅器、25……高圧分圧器、26……温度設定用
電源、27……加算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガスレーザ放電管と、共振器サポータ及びこ
    の共振器サポータに電歪素子を介して保持せしめ
    た、前記ガスレーザ放電管を介して互いに対向す
    る反射鏡より成る外部共振器と、前記共振器サポ
    ータを加熱する加熱機構と、前記共振器サポータ
    の温度を検出して、その検出温度信号と温度設定
    信号とに基いて前記加熱機構を制御して当該共振
    器サポータの温度を制御する温度制御機構と、前
    記外部共振器より取り出されるレーザ光の周波数
    を検出して、その検出信号に基いて前記電歪素子
    を伸縮制御せしめることによりレーザ光の周波数
    を安定化する電歪素子制御機構とを具えて成るガ
    スレーザ発振装置において、 前記電歪素子の制御信号を利用して当該電歪素
    子の制御基準点の変動を抑制する方向に前記温度
    制御機構の温度設定信号のレベルを修正する温度
    設定信号修正機構を設けたことを特徴とするガス
    レーザ発振装置。
JP956381A 1981-01-27 1981-01-27 Gas laser oscillator Granted JPS57124487A (en)

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