JPH02159081A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明はレーザ装置に関し、更に詳述すれば、共振波長
を制限する制限器、及び共振器出側における波長検出の
ために所定の波長成分を分光する分光器として、ファブ
リペローエタロンを用いてなるレーザ装置に関する。

〔従来の技術］ 一対の平面鏡又は凹面鏡を、所定長離隔せしめ互いに対
向させて配設して共振器を構成し、該共振器の特性に応
じた所定波長のレーデが発振されるようにしたレーザ発
振器を備えたレーザ装置においては、周辺環境の変化に
応じて共振器の特性が変化し、これに応じてレーザの波
長が変動することがある。そこで、共振器出側における
波長の検出結果に基づいて、例えば、前記両鏡間の離隔
距離を変更し、共振器の特性を変化せしめて、発振波長
の安定化を図ったレーザ装置がある。

この種のレーザ装置としては、例えば、ｒｌ［１ＥＥＪ
ｏｕｒｎａｌ　　　Ｑｕａｎｔｕｍ　　　Ｅｌｅｃｔｏ
ｒｏｎｉｃｓ　　　Ｑ／Ｒ−１４（１９７８）１７」に
開示されたものがあり、第３図はこのレーザ装置の構成
を示すブロック図である。

図中１は、前述の如き共振器を内蔵するレーザ発振器で
あり、これから発振されるレーザ光４は、分光ミラー８
にて一部が反射され、分光部５を経て光検出部６に導か
れるようになしである。分光部５は、これへの導入光の
内、所定の波長成分のみを取出し、光検出部６は、分光
部５を透過する光を検出し、この検出結果に応じた動作
指令信号をサーボ機構７に与える。そして、該信号に応
じたサーボ機構７の動作により、例えば、前記共振器の
一対の平面鏡又は凹面鏡間の離隔距離が変更せしめられ
、共振器の特性が変化して、レーザ光４の波長の安定化
が実現されるのである。

ところが、このような安定化は、共振器を構成する鏡が
理想的な鏡面を有している場合にのみ可能である一方、
この種のレーザ装置には、発振器全体の振動、及び高温
下に晒されることによる共振器の鏡の熱変形等の不可避
の問題点があり、共振器の鏡の離隔距離の変更等、共振
器自体の操作により波長の安定化を図るようにした前記
レーザ装置では、安定化精度の向上に限界があり、波長
を高精度に安定化することは困難であった。

そこで、この難点を解消するレーザ装置として、前記共
振器を構成する両鏡間に、互いに平行をなしわずかな間
隙を隔てて一対の平面鏡を対向させてなるファブリペロ
ーエタロンを配設し、該ファブリペローエタロンに、共
振器における共振波長を制限する制限器としての動作を
なさしめるようにしたレーザ装置の構想がある。

また、前記分光部５においては、同様の構成のファブリ
ペローエタロンが、高い分解能を備えた分光器として従
来から用いられている。

ファブリペローエタロンの一方の鏡に角度θにて入射す
る光の内、該ファブリペローエタロンを透過する光の波
長は、公知の次式にて与えられる。

λ　ｍ＝２　　・　ｎ　　−ｄ　　−ｃｏｓ　　θ　／
　ｍ　　　　・”　（１）但し、ｎは両鏡間の間隙部分
における光の屈折率であり、また、ｍは透過光の次数を
示す整数であり、更に、ｄは光の透過方向に測った前記
間隙の長さである。

この式から明らかな如く、ファブリペローエタロンにお
ける透過光の波長λ、は、次数ｍに夫々対応する複数の
波長に制限される。従って、前記分光部５においては、
前記レーザ光４内、これらの、波長を有するもののみが
分光され、光検出部６においては、各波長成分による干
渉縞が、光軸を中心とする環状をなして現出し、この干
渉縞の形成位置は、レーザ発振器ｌにおける発振波長の
変化に対応して変化するから、この形成位置の観察によ
りレーザ光４の波長が認識できる。

一方、共振器における共振波長もファブリペローエタロ
ンの特性に応じて前記（１）式にて与えられる複数の波
長に制限され、また、この制限波長は、ファブリペロー
エタロンの一対の鏡開の間隙の長さｄ、又は該間隙にお
ける屈折率ｎの変更により適宜に変更できるから、共振
器の特性を変更せしめることなく、ファブリペローエタ
ロンにおける前記ｄ又はｎの値の変更により波長の安定
化が可能となる。即ち、前記光検出部６における検出結
果に応じて前記ｄ又はｎを変更することにより、共振器
の鏡の鏡面精度を過度に高めることなく、高精度での波
長の安定化が可能なレーザ装置が実現される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このようなレーザ装置は、前記ファブリペロ
ーエタロンにおける一対の平面鏡を、前記間隙長さｄ又
は屈折率ｎの変更を可能とした状態で確実に固定するこ
とが必要であるが、従来、このような固定を実現した例
はなく、また、確実な固定は、前記平面鏡間の間隙の状
態変化を招来し、ファブリペローエタロンにおける特性
変化を引き起す要因となることもあって、前述の如きレ
ーザ装置は、いまだ実現に至っていないのが実状であっ
た。

本発明は断かる事情に鑑みてなされたものであり、ファ
ブリペローエタロンの一対の平面鏡ヲ、確実に、しかも
特性の変更が可能な状態にて固定することができ、高精
度に安定化されたレーザの発振が可能なレーザ装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るレーザ装置は、共振器の共振波長を制限す
る制限器、及び前記共振器出側におけるレーザ光の所定
の波長成分を分光する分光器として用いられるファブリ
ペローエタロンを構成する一対の平面鏡を、両者間に介
装された固定部材により所定の間隙を隔てて相互に固定
し、この状態にて密封容器に収納し、また、該密封容器
への前記平面鏡のの固定は、該密封容器に装着され、前
記平面鏡の内、一方の外周を加圧する保持部材により行
うと共に、前記一方の平面鏡は、前記加圧による内部歪
が、前記レーザの透過部分に生じないように、その大き
さの選定がなされていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、ファブリペローエタロンを構成する
一対の平面鏡が、両者間に介在せしめた固定部材にて相
互に固定され、また、一方の平面鏡力やこれの外周を保
持部材により加圧されて密封容器内に固定されており、
両手面鏡は、密封容器内に確実に固定され、また前記一
方の平面鏡は、前記加圧に伴ってこれに生じる内部歪が
レーザの透過部分に達しないように、その大きさの選定
がなされており、ファブリペローエタロン本来の特性に
この固定による影響が生じることがなく、前記密封容器
内に封入されたガスの圧力を変更して屈折率を変更する
等の手段により、ファブリペローエタロンの特性を適宜
に変更できる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係るレーザ装置の構成を示す模式図
である。

図において１は、レーザ媒質１０及びこれを収納する収
納容器１１を備えると共に、該収納該容器１１の両側に
、全反射鏡２０と部分反射鏡２１とを、適長離隔させ、
互いに対向させて配設し、共振器を構成してなるレーザ
発振器であり、レーザ媒質ＩＯにて発せられるレーザは
、全反射鏡２０と部分反射鏡２１との間にて反射され、
所定範囲内の波長を有するレーザ光４が、部分反射鏡２
１側に発振されるようになっている。咳レーザ光４は、
これの光軸上に配設された部分反射鏡である分光ミラー
８によって一部が反射され、分光部５を経て光検出部６
に導かれており、分光部５は、これへの導入光の内、所
定の波長成分のみを取出すべく動作し、また、光検出部
６は、分光部５を経てこれに照射される光を検出し、こ
の検出結果に応じた動作指令信号をサーボ機構７に与え
るべく動作する。

本発明に係るレーザ装置においては、前記共振器におけ
る共振波長を制限するための制限器３が、前記収納容器
１１と部分反射鏡２１との間に配設されている。制限器
３は、一対の平面鏡４０．４１　（第２図参照）をわず
かな間隙を隔てて互いに平行をなして位置せしめてなる
ファブリペローエタロン３１と、これを、その内部に収
納する密封容器３２とを備えてなる。密封容器３２は、
ＡＲコートシたガラスが装着された光導入窓３３．３４
を両側に有しており、これらの窓３３．３４がレーザの
光軸上に正しく一致するように、前記収納容器１１の一
側に立設された脚部材１２に固着されている。また密封
容器３２は、前記サーボ機構７により駆動されるベロー
ズ７０に、連通管３５を介して連通させである。

一方、前記分光部５は、前記制限器３と同様に、両側に
光導入窓５３．５４を有する密封容器５２の内部に、フ
ァブリペローエタロン５１を収納させてなる分光器５０
を備え、前記分光ミラー８による分岐光の光軸に沿って
該分光器５０の上流側に、レーザ光のみを透過させる干
渉フィルタ５５、光強度調節用フィルタ５６、及びレー
ザ光を拡散させるインテグレータ５７をこの順に配設す
ると共に、前記光軸に沿って分光器５０の下流側に集光
レンズ５８を配設して構成されており、また、光検出部
６は、集光レンズ５８の下流側に配設され、例えば、１
次元のイメージセンサを用いてなる光検出器６０と、光
検出器６０から与えられる画像信号を処理し、前記サー
ボ機構７に動作指令信号を出力する画像処理部６１とか
ら構成されている。なお光検出器６０は、分光部５を構
成する前記各部品と共に、外部の光を遮蔽する光遮蔽箱
６２内に収納されており、また、密封容器５２は、温度
調節手段５９に接続されており、これの内部温度が所定
温度に維持されるようになっている。

而して、レーザ媒質１０にて発せられるレーザは、制限
器３の密封容器３１内に導入され、これの内部のファブ
リペローエタロン３０に所定の入射角にて入射せしめら
れて、制限器３からは、前記（１）式を満足する複数の
波長λ、を有するレーザのみが導出される。これにより
、共振器での共振対象となる波長は、制限器３から導出
される前記λ、なる複数の波長に制限されることになり
、また、前記ベローズ７０が伸縮せしめられた場合、こ
れに応じて密封容器３０内の気圧が変化し、これに伴っ
て（１）式における屈折率ｎが変化するから、前記波長
λ。

は、ベローズ７０における伸縮程度に応じて、換言すれ
ば、サーボ機構７の動作に応じて自在に変更される。従
って、レーザ発振器１から発振されるレーザ光４の波長
は、これをモニターする光検出部６における検出結果に
基づいてサーボ機構７を動作させることにより、共振器
を構成する全反射鏡２０及び部分反射鏡２１に熱変形等
の若干の難点が１＋している場合においても、高精度に
て安定化されることになる。

また分光器５０においては、分光ミラー８によって分岐
されたレーザ光中、前記λ、なる波長成分が分光され、
光検出器６０においては、各次数ｍに対応する干渉縞が
生じる。画像信号処理部６１はこの干渉縞の形成状態を
認識し、レーザ光４の中心波長を求め、これを予め設定
された所定の波長と比較して、この比較結果に応じた信
号をサーボ機構７に与え、サーボ機構７は前述の動作を
行う。

このようなレーザ装置を実現するためには、密封容器３
２（又は密封容器５２）内部にファブリペローエタロン
３１（又はファブリペローエタロン５１）を確実に固定
することが必要であることは前述した如くである。

第２図は、密封容器３２内部におけるファブリペローエ
タロン３１の固定状態を示す縦断面図である。

図中４０．４１はファブリペローエタロン３１を構成す
る一対の平面鏡であり、図示の如く、一方の平面鏡４０
は他方の平面鏡４１に比較して大径、厚肉に成形されて
いる。これらの平面鏡４０．４１は、外周近傍において
夫々にオプティカルコンタクトせしめである固定部材た
るスペーサ４２により、わずかな間隙を隔てて互いに平
行をなして対向した状態にて相互に固定されている。一
方、ファブリペローエタロン３１を収納する密封容器３
２は、厚肉の有底円筒状をなす容器本体４３と、これの
開口部側端面に固着され、該開口部を気密に閉塞する蓋
板４４とを備えてなる。容器本体４３の底面及び蓋板４
４には、前記光導入窓３３及び３４が、夫々の軸心位置
を貫通して夫々形成されており、これらの光導入窓３３
及び３４には、ＡＩ？コートされたガラス板３３ａ、３
４ａが、各別の押え板３３ｂ、３４ｂにより夫々固着さ
れ、光導入窓３３．３４は、これらのガラス板３３ａ、
３４ａにより気密に封止されている。また、容器本体４
３には、これの底面近傍に位置し、周壁を半径方向に貫
通する複数の雌ねじ孔が形成されており、夫々の雌ねじ
孔には、保持部材たる止めねし４６．４６・・・が各別
に螺合させである。６雌ねじ孔と止めねじ４６の螺合部
分には気密処理が施しである°ことは言うまでもない。

さて、相互に固定され、ファブリペローエタロン３１を
構成する平面鏡４０．４１は、前記容器本体４３の開口
部からこれの内部に、大径厚肉に成形された一方の平面
［４０を内側として、該平面ｊ１４０の端面が容器本体
４３の内側底面に密着する位置まで挿入され、次いで、
前記止めねし４６．４６・・・を螺退させ、これらの先
端を前記平面鏡４０の外周面に当接せしめることにより
、これの軸心が容器本体４３の軸心に略一致するように
位置決めされる。その後、各止めねじ４６．４６・・・
には、予め設定されたトルクが同時的に加えられ、平面
鏡４０は、その外周面をこの印加トルクに相当する力に
て加圧される。これにより、ファブリペローエタロン３
１は、容器本体４３の内部に確実に保持される。次いで
、容器本体４３の開口部に蓋板４４を装着し、ファブリ
ペローエタロン３１を内部に収納する密封容器３２を完
成して、制限器３が構成される。分光器５も全く同様の
方法にて構成されていることは勿論である。

その外周面に止めねし４６．４６・・・による加圧力を
付与される一方の平面鏡４０は、図中に２点鎖線にて示
す如く、これの内部に前記加圧により生じる歪が、図中
に１点鎖線にて示すレーザ光の透過域に達することのな
いようにそのサイズの選定がなされている。具体的な平
面鏡４０のサイズは、止めねじ４６．４６・・・を所定
のトルクにて締め付けた場合と、トルクが負荷されてい
ない場合とにおいて光の透過試験を夫々行い、双方にお
ける透過光の検出結果に有意差がないように決定する。

また、他方の平面鏡４１は、これと前記平面ｔＪｔ４０
とに夫々オプティカルコンタクトせしめたスペーサ４２
により固定されているだけであり、この固定強度は限定
されるから、該平面鏡４１は、外形及び厚さを可及的に
削減し、軽量化を図るべきである。このような事情によ
り、平面鏡４０．４１間に、図示の如きサイズ差が生じ
るのである。

なお平面鏡４０の保持部材は、本実施例中に示す止めね
し４６．４６・・・に限定されるものではなく、例えば
、ばねを介して平面鏡４０の保持を実現する他の保持部
材を用いてもよいことは言うまでもない。

また本実施例においては、制限器３における制限波長の
変更を実現するため、密封容器３２内部の屈折率を変更
する構成としであるが、この波長の変更は、（１）式に
おける入射角θ又は間隙長さｄの変更によっても可能で
あり、例えば、密封容器３２と共にファブリペローエタ
ロン３１を傾斜させて、入射角θと共に間隙長さｄを変
化せしめ、制限波長の変更を実現する構成としてもよく
、このような構成もまた、密封容器３２内部でのファブ
リペローエタロン３１の固定が確実である本発明に係る
レーザ装置において初めて可能となる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く本発明においては、ファブリペローエ
タロンを構成する一対の平面鏡が、ファブリペローエタ
ロンとしての特性の変化を生ぜしめることなく、密封容
器内部に確実に固定できるから、これを共振器における
共振波長を制限する制限器、及び共振器出側におけるレ
ーザ光の所定の波長成分を分光する分光器として用いる
ことにより、高精度に安定化された発振波長を実現する
レーザ装置が得られる等、本発明は優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るレーザ装置の構成を示す模式図、
第２図はファブリペローエタロンの固定状態を示す縦断
面圓、第３図は従来のレーザ装置の構成を示すブロック
図である。 ３・・・制限器　　４・・・レーザ光　　３１・・・フ
ァブリペローエタロン　　３２・・・密封容器　４０．
４１・・・平面鏡４２・・・スペーサ　　４６・・・止
めねじ　　５０・・・分光器５１・・・ファブリペロー
エタロン　　５２・・・密封容器 第　　２ 図 ４２・・・スペーサ ４６・・・止めねじ 代理人　　大　　岩　　増　　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の平面鏡を所定の間隙を隔てて対向させてな
   るファブリペローエタロンを、共振器における共振波長
   を制限する制限器、及び該共振器出側のレーザ光から所
   定の波長成分を分光する分光器として用いてあり、該分
   光器による分光の検出結果に基づいて前記制限器の特性
   を変更し、所定波長のレーザ発振を可能としたレーザ装
   置において、 前記制限器及び分光器は、 前記ファブリペローエタロンをその内部に 収納する密封容器と、 前記一対の平面鏡の対向面間に介装され、 前記間隙を確保した状態にて両者を相互に固定する固定
   部材と、 前記密封容器に装着され、前記平面鏡の内、一方の外周
   を加圧して、該平面鏡を前記密封容器に固定的に保持す
   る保持部材とを具備しており、 前記一方の平面鏡は、前記加圧による内部 歪が、前記レーザ光の透過部分に生じないように、その
   大きさが選定されていることを特徴とするレーザ装置。