JPH0126199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光干渉計の共鳴周波数を制御するため
の方法及び装置に関し且つ特にレーザー周波数制
御に関する。

光学の分野では、科学者が光干渉計空洞の物理
的寸法を正確に制御して変化させることを欲する
多くの場合がある。この分野では、10^-5ミクロン
までの距離の制御が重要性をもち得る。過去に、
４つの型の電気―機械的変換器がこれらの寸法変
化を生じさせて光干渉計空洞の共鳴周波数を変え
るために使用された。この４つのカテゴリーの従
来技術の電気―機械的変換器を次に説明する。

Ａ 電磁気型 この型の変換器は電流搬送コイル及び磁界の
相互作用によつて力を発生する。これらの変換
器によつて生じる力は全体として他のカテゴリ
ーのものに比較して小さく、且つこれらの小さ
い力は高いコンプライアンスの系ではかなりの
伸びを生じ得るが、レーザー管のような剛構造
を制御する要望を満足させるには全体として不
充分である。このため、電磁気型変換器は干渉
又はレーザー周波数制御系で利用されなかつた
と思われる。

Ｂ 磁気緊張型 これらの変換器は磁化コイルの電流を利用し
て固体磁気材料を膨脹又は収縮させる。膨脹を
所望する時はアンバーを全体として使用し且つ
収縮を所望する時はニツケルを使用する。この
型の変換器はレーザー空洞の鏡を制御するため
に使用されているが、比較的制限された範囲
（精々１インチ当り60マイクロインチ即ち１セ
ンチメートル当り0.6ミクロン）を有し且つ磁
気履歴に関連した問題を有する。この後者の性
質は、それにより与えられた磁化電流に対して
２つの異なる位置の１つを先の履歴に依存して
とり得るが、いかなる種類のサーボ制御系にお
いても磁気緊張の応用を非常に非実用的にさせ
る。

Ｃ 電熱型 これらの変換器は電流を利用して熱を抵抗素
子中に生じさせて取付られた構造の熱膨脹を起
させる。この技術のレーザー空洞への応用の例
は、レーザー管の周りに巻かれてレーザー管の
長さを制御し且つそれによりレーザーの出力周
波類を制御する螺旋巻き又は二本螺旋巻きのコ
イル（磁界なし）である。この型の変換器は適
用される構造の許容温度範囲及び膨脹率に依存
して比較的大きい伸びを生じ得る。

電熱型変換器の使用は光干渉計空洞の寸法の
制御された変化を生じさせる最も安価な手段で
あり且つ全ての公共の電圧／電流供給で動作す
ることが容易に適応され得る利点を加えもつて
いる。しかしながら、それは電力を必要とする
のみならずその応答時間が比較的遅い欠点を有
する。熱が必要な取付構造へ伝達され始め得る
前に、加熱器自体を暖機し始めねばならない。
加熱器電力の段階的増加に応じて、構造の伸び
は初期には精々時間の二次関数として増加する
にすぎない。実際、螺旋状に巻かれた加熱器コ
イルが基体管構造にしつかり接着されている場
合には、コイルの初期加熱及び膨脹は基体管直
径を大きくするが、逆ポアソン効果によつてそ
の長さを減少させ、これは基体への熱伝達がこ
の傾向を逆にして管の長さを増加するまで続
く。加熱器電力が段階的に減少して正常に戻つ
た後でさえ、加熱器の温度が基体構造の温度よ
り高くなるまで、熱は構造へ流れてそれを伸ば
す。この型の電熱変換器は行過ぎ量又は動揺の
故にサーボ系で使用することが困難である。落
着き時間は全体として精々秒のオーダーであ
る。

Ｄ ピエゾ電気型 これらの変換器は電界が加えられた時に長さ
が収縮する特殊材料を使用する。それらは電力
を消費しないので熱を発生せず且つこれらの変
換器は非常に速く応答し得る。ピエゾ電気変換
器は光学産業で広い応用を見出している。それ
らの原理的欠点は高価であり且つ限定された感
度（典型的には１ボルト当り５×10^-5ミクロ
ン、１ボルト当り0.2マイクロボルト）である
ので、１キロボルトに達する電圧がしばしば所
定の運動に対して使用される。それらは低キロ
ヘルツ領域へ入る周波数応答をもつてそれらへ
加えられる電圧の一次関数である変位を生じる
故に、それらはサーボ制御系で広い応用を見出
している。

本発明の方法及び装置は光干渉計空洞の物理的
寸法の変化を生じる直接電熱変換器として最良に
説明されるものを使用する。前記した従来の電熱
変換器と異なり、本発明の直接電熱変換器はその
膨脹を生じるために光干渉計空洞の構造への熱伝
導に依存しない。本発明の変換器は空洞への熱の
伝導を全くせずに動作する。その代りに、直接電
熱変換器は所望の膨脹方向と並行に延びる熱的に
膨脹可能な導電体と空洞の構造との間の緊密な機
械的連結に依存する。直接電熱変換器はそれを適
用する光干渉計空洞の共鳴周波数の制御の安定性
及び精度を大きく改善する多くの望ましい特性を
有する。

本発明の別の特徴は普通の電熱変換器よりはる
かに少ないサーボ落着き時間を有すると共に比較
的大きい伸びを生じる電熱変換器を提供するにあ
る。

本発明の別の目的は線の寸法及び材料の選択に
よつて全ての公共の電圧／電流供給で動作するよ
うに容易に仕立てられ得る変換器を提供するにあ
る。

本発明の更に別の目的はそれを適用する光干渉
計空洞の自己共鳴周波数又は偏差の変化を最小限
にするために非誘導、非磁気的であり且つ低質量
を有する変換器を提供するにある。

本発明は他の目的及び利点を有し、その若干は
添付図面に例示した本発明の好適な態様の以下の
説明で明らかになろう。

本発明の装置は、簡単にいうと、光干渉計空洞
に対する寸法制御装置を有する。本発明と共に使
用するに適当な最も普通の型の干渉計空洞はレー
ザー管である。第３図に示したように、ガラス外
皮の長手方向寸法は最大反射体５及び出力ミラー
６の間の距離を制御して管７の共鳴周波数を規制
する。ガラス外皮の長手方向寸法は、電位源に連
結され且つ壁９に取付けられ且つ機械的に固定さ
れた導電体８によつて制御される。導電体８は壁
９の長手方向寸法と実質的に並行な導電路を形成
する。導電体は熱膨脹率を有し且つ壁へのその緊
密な機械的連結の故に導電体の長さの電熱的に誘
起された変化の関数として機械的力を壁へ伝達す
る作用をする。この力はレーザー管の長手方向寸
法に小さい変化を生じて共鳴周波数を変化させ且
つレーザーの出力周波数を変化させる。

第１図に例示された好適な態様において、導電
体８は、直列に連結され且つ長手方向軸線と実質
的に並行に干渉計空洞の壁に取付けられた複数個
の実質的に真直ぐな導電体１０から成るように示
されている。導電体は実質的に一様に周方向に離
隔した関係で壁に取付けられている。導電体をそ
の全長にわたつて壁に連続的に接着することによ
つて、電熱的に発生される機械的力の一様な伝達
が保証される。

第２図に例示した別の態様では、導電体は干渉
計空洞壁にセメント固めされ得る予成形された導
電リボン１２から成る。印刷回路食刻技術を利用
することによつて斯かる導電体は干渉計空洞壁の
周りに実質的に巻かれてそれに接着されたプラス
チツクのシート上に容易に作られ得る。

本発明の装置はレーザー管を取囲む寸法を有す
る円筒状スリーブ上に単一の線を第１図及び第２
図に示したように長さ方向へ巻くことによつても
構成され得る。線はスリーブに接着され、この組
合せ体は壁を取囲んで係合するように取付けられ
てそれに接着される。単一の線８を長さ方向に巻
いて２つの端１５へ電流を供給することによつて
行なわれるような並行導電体１０の直列連結は簡
単な構造を可能にし且つ所望の電流消費特性を有
する。種々の組合せ又は直列及び並列連結は構成
が導電体に電熱的に誘起された長手方向の力を対
称的に発生する限り満足すべき結果をもつて採用
され得る。

本発明の装置の動作は第３図に例示した態様を
検討することによつて最も良く説明され得る。図
示したように配置された絶縁された電流運搬線８
は接着剤又は硬化化合物によつて基体レーザー管
壁９にしつかり接着されて緊密な機械的連結を形
成し且つ導電体が膨脹応力下で座屈するのを妨げ
る。手段１５は導電体を電位源へ連結するために
設けられる。線を通る電流の流れは熱を発生して
長さの膨脹を生じる。この膨脹の一部は基体レー
ザー管壁９へ伝達されて寸法を伸ばしその結果レ
ーザー出力周波数を変える。伝達される力の一部
は線導電体の長手方向コンプライアンス及び基礎
構造レーザー管の長手方向コンプライアンスの関
数である。本装置への電力の段階的適用に応じ
て、基礎構造レーザー管の長さは、通常の螺旋状
に巻かれた電熱変換器で示された前記二次関数的
応答と異なり時間の一次関数として初期に変化す
る。本装置の応答は電流又は電圧ではなくて電力
（I²R）に対して直線的である。このため、装置
を駆動する回路に電力直線化素子を設けることは
しばしば望ましい。

線リボンの場合には、基体構造への熱の伝導は
前記導電体の質量が小さいため及びそのために印
加電力の段階的増加により表面温度の急速な上昇
があるためにその伸びを漸進的に増加する役割を
する。装置が相当な温度範囲にわたつて脆いガラ
ス、石英などの基体構造をもつ干渉計と共に使用
される場合には、導電体材料及び基体の膨脹率を
合理的に調和させることは必要である。例えば、
銅線が或る限定された温度範囲でガラス上におい
て満足であるが、広い温度範囲はモリブデン線を
使用して引張りによるガラスの破壊を避ける必要
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成された装置の断面斜
視図であり、第２図は本発明の変形された形の断
面斜視図であり、第３図は本発明の装置を具体化
したレーザー管の側面図である。 ７……レーザー管、８……導電体、９……壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共鳴周波数を規制する寸法を有する部分を有
   する光干渉計空洞用周波数制御装置において、電
   位源へ連結されるようになつており且つ前記部分
   に取付けられて機械的に固定され且つ前記寸法と
   実質的に並行な導電路を形成し、且つ熱膨脹率を
   有し且つ導電体の長さの電熱的に誘起された変化
   の関数として前記部分へ機械的力を伝達して前記
   共鳴周波数を変える作用をする複数個の実質的に
   真直ぐな導電体を有する光干渉計空洞用周波数制
   御装置。 ２ 前記第１項の装置において、前記光干渉計空
   洞は前記部分を形成する壁を有するレーザー管か
   ら成り、前記導電路が前記管の長手方向軸線と実
   質的に並行である装置。 ３ 前記第２項の装置において、前記導電体は前
   記軸線と実質的に並行に前記壁上に取付けられ且
   つ実質的に一様に周方向に離隔した関係で前記壁
   上に取付けられた装置。 ４ 前記第２項の装置において、前記導電体は直
   列に連結され且つ前記軸線と実質的に並行に前記
   壁上に取付けられると共に実質的に一様に周方向
   に離隔した関係で前記壁上に取付けられている装
   置。 ５ 前記第２項の装置において、前記導電体は並
   列に連結され且つ前記軸線と実質的に並行に且つ
   実質的に一様に周方向に離隔した関係で前記壁上
   に取付けられている装置。 ６ 前記第２項の装置において、前記導電体は直
   並列に連結され且つ前記軸線と実質的に並行に且
   つ実質的に一様に周方向に離隔した関係で前記壁
   上に取付けられている装置。 ７ 前記第３項の装置において、前記導電体を形
   成するように浮上げられ且つ前記壁に接着取付け
   られた導電性表面を有する装置。 ８ 前記第３項の装置において、前記導電体はそ
   れらの長さにわたつて前記壁に実質的に連続的に
   接着されている装置。 ９ 前記第２項の装置において、前記壁上に取囲
   み係合して取付けられたスリーブを有し、且つ前
   記導電体は前記スリーブに長さ方向に巻かれ且つ
   その周りに一様に配分され且つそれに接着された
   線を有し、前記線及びスリーブの少なくとも１つ
   を前記壁に接着して成る装置。 １０ 共鳴周波数を規制する寸法を有する部分を
   有する光干渉計空洞の共鳴周波数を制御する方法
   において、(a)熱膨脹率を有し且つ前記寸法と実質
   的に並行な導電路を有し且つ電位源に連結する手
   段を有する複数個の実質的に真直ぐな導電体を前
   記部分に機械的に固定し、(b)前記導電体を電位源
   に連結して前記導電体の長さの電熱的に誘起され
   た変化を生じさせることによつて機械的力を発生
   し、且つ(c)前記機械的力を前記部分へ伝達して前
   記寸法を変化させることから成る光干渉計空洞の
   共鳴周波数を制御する方法。 １１ 前記第１０項の方法において、前記光干渉
   計空洞は前記部分を形成する壁を有するレーザー
   管を有し、前記導電体は前記管の長手方向軸線と
   実質的に並行に且つ実質的に一様に周方向に離隔
   した関係で前記壁上に取付けられ、前記導電体は
   それらの長さにわたつて前記壁に実質的に連続的
   に接着されてそれらの長さの変化による力を前記
   壁に伝達する方法。