JPH02186688A - 波長安定化レーザ装置 - 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］ この発明は、粗調分光手段及び微調エタロンを制御して
発振波長を安定化するレーザ装置に関し、特に中心波長
の揺らぎに基づいて微調エタロンを高精度に制御すると
共に、サイドバンドに基づいて粗調分光手段を高精度に
制御する波長安定化レーザ装置に関するものである。

［従来の技術］ 第５図は、例えば雑誌ｒＣＡＮ、Ｊ、ＰＨＹＳ、ＶＯＬ
、６３，１９８５（第２１４〜２１９頁）ｌの「エキシ
マレーザ発振器のスペクトル狭帯域化技術（Ｓ　ｐｅｃ
ｔｒａトｎａｒｒｏｗｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　
ｆｏｒ　ｅｘｃｉｍｅｒ　１ａｓｅｒ　ｏｓｃｉｌｌａ
ｔｏｒｓ）」に記載された、−殻内な狭帯域レーザ装置
を示す構成図である。

図において、（１）はレーザ媒質、（２）はレーザ媒質
（１）の一端に設けられた全反射鏡、（３）はレーザ媒
質（１）の他端に設けられた部分反射鏡であリ、これら
は光共振器（レーザ発振器）を構成している。（４）及
び（５）は光共振器のレーザ光路中に配置されたファブ
リペローエタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔｅｔａｒｏ
ｎ）であり、（４）は粗調用のファブリペローエタロン
（以下、ＩＩ調エタロンというり、（５）は微調用のフ
ァブリペローエタロン（以下、微調エタロンという）で
ある。各エタロン（４）及び（５）は、全反射を防ぐた
めにレーザ光路に対してわずかに角度をもって配置され
ており、粗調エタロン（４）は微調エタロン（５）より
も鏡面間隔が狭く設定されている。（６）は部分反射鏡
（３）から放射されるレーザビームである。

次に、第５図に示したレーザ装置の動作について説明す
る。

電圧の印加によりレーザ媒質（１）が励起されると、励
起及び遷移の繰り返しによってコヒーレント光が発生し
、この光は、全反射鏡（２）及び部分反射鏡（３）から
なる光共振器中を何度も往復する間に増幅され、最終的
に所定出力のレーザビーム（６）として取り出される。

このようなレーザ装置のうち、エキシマレーザ、半導体
レーザ、色素レーザ、又は一部の固体レーザ等は発振波
長幅が広いが、光共振器中に分光素子を挿入することに
より発振波長幅を狭くできることか知られている。従っ
て、複数のエタロン、即ち粗調エタロン（４）及び微調
エタロン（５）を挿入すれば、限りなく単色に近い所望
波長のレーザビーム（６）を取り出すことができる。

第６図は波長大に対する各分光特性図であり、（ａ）は
粗調エタロン（４）の透過特性図、（ｌ〕）は微調エタ
ロンく５）の透過特性図、（Ｃ）はレーザ媒質（１）の
レーザゲインプロフィール特性図、（ｄ）は狭帯域化さ
れたレーザビーム（６）の出力特性図である。

第６図（、）及び（ｂ）において、各エタロン（４）及
び（５）の透過特性の冬山のピーク波長λ…は、λｍ＝
　２・ｎ−ｄ−ｃｏｓθ／ｍ　　　　　　　・・■で表
わされる。但し、ｎはエタロンを構成する２枚の鏡面間
にある物質の屈折率、ｄは鏡面間隔、θはエタロンに対
する光の入射角、ｍはエタロンの次数に相当する整数で
あり、複数の山のピーク位置はそれぞれ整数ｍの違いに
対応している。

各ピーク波長λｍに対応する整数１ｎは１０３程度の値
であるため、各ピーク位置はほぼ等間隔に図示すること
ができる。ここでは、粗調エタロン（４）のピーク波長
をλｍ４、微調エタロン（５）側のピーク波長をλｍ２
で示しており、これらは０式から明らかなように、鏡面
間物質の屈折率ｎ、鏡面間隔ｄ、又は光の入射角θを変
えることにより任意に変えることができる。

又、冬山のピーク間距離即ち自由スペクトル領域ＦＳＲ
は、 ＦＳＲ−λｍ２／　２・ｎ−ｄ−ｃｏｓθλｍ／ｍ　　
　　　　　　　・・・■ で表わされ、各ピークの半値幅Ｗλは、Ｗλ−ＦＳＲ／
ア　　　　　　　・・・■て表わされる。但し、アはフ
ィネスと呼ばれる値（約２０程度）であり、エタロンの
性能（面積等）により決定するものである。ここでは、
粗調エタロン（４）の自由スペクトル領域及び半値幅を
ＦＳＲ、及びＷλ１、微調エタロン（５）の自由スペク
Ｉ・小領域及び半値幅をＦＳＲ２及び−λ２でそれぞれ
示している。

一方、レーザ媒質（１）により決定するレーザゲインプ
ロフィールは、第６図（Ｃ）に示した通りであり、もし
光共振器中にエタロン等の分光素子が存在しなければ、
ゲインの存在する全ての波長範囲（以下、ゲイン範囲と
いう）で増幅されたレーザビーム（６）となって取り出
される。

ここで、粗調エタロン（４）の１つのピーク波長λｍ１
がゲイン範囲内の任意の設定波長λ。と一致するように
、且つ他のピーク波長がゲイン範囲内に存在しないよう
に自由スペクトル領域ＦＳＲ、を設定すれば、λ。にお
いて光損失が少ない状態が実現し、λ０の光のみが増幅
されて発振する。第６図は、設定波長λ。がゲイン範囲
の中心波長である場合を示している。

ゲイン範囲内に粗調エタロン（４）のピーク波長λｍ、
を１つだけ存在させるためには、自由スペクトル領域Ｆ
ＳＲ、の最低値が制限され、又、０式内のフィネスアの
値はせいぜい２０程度であるから、１枚の粗調エタロン
（４）のみで狭帯域化できる波長幅には限度がある。

ここで、更に微調エタロン（５）を追加し、そのピーク
波長λｍ２が設定波長λ。と一致し、且つ自由スペクト
ル領域ＦＳＲ２が、 ＦＳＲ２≧Ｗλ を満たすようにすると、第６図（ｄ）のように設定波長
λ。を中心として狭帯域化されたレーザビーム（６）が
得られる。更にレーザビーム（６）を狭帯域化したい場
合には、別のエタロン（図示せず）を追加すればよい。

尚、２枚のエタロン（４）及び（５）を用いる場合、自
由スペクトル領域ＦＳＲ、及びＦＳＲ２が、ＦＳＲＭＬ
＝、（ｋ＋１／２）ＦＳＲ２・・・■但し、ｋ：整数 を満たすようにすれば、粗調エタロン（４）の自由スペ
クトル領域ＦＳＲ、がゲイン範囲より狭くても１つの設
定波長λ。のみで発振させることができ、粗調エタロン
（４）の設計が容易になる。第６図は、ｋ＝２の場合を
示している。

こうして、もともと第６図（ｃ）のような分光特性のレ
ーザビームは、各エタロン（４）及び（５）を透過する
ことにより、各ピーク波長λＭ、及びλｍ２と一致する
設定波長λ。を中心とした第６図（ｄ）のような狭い波
長範囲で発振する。実際には、発振中に各エタロン（４
）及び（５）を何度も通るため、レーザビーム（６）の
線幅は各エタロン（４）及び（５）で決定する波長幅の
１７２〜１／１０となる。

しかし、前述の雑誌にも記載されているように、レーザ
ビーム（６）の短期間の安定性については、光共振器を
改良したり各エタロン（４）及び（５）に対する入射角
θを小さくすることにより改善できるが、長期的には、
熱的な問題、特にレーザビーム（６）が各エタロン（４
）及び（５）を透過するときの発熱による波長シフトが
大きな問題である。

第７図は発熱による波長シフトを示す各分光特性図であ
り、（ａ）は粗調エタロン（４）のピーク波長λ有１、
（ｂ）は微調エタロン（５）のピーク波長λ１１２、（
ｃ）はレーザ出力、の各透過特性をそれぞれ示し、実線
は発振直後の分光特性、破線は経時変化後の分光特性で
ある。

第７図から明らかなように、発振面＠（実線）は各ピー
ク波長λ１１及びλｍ２が設定波長λ。と一致している
が、発熱によりエタロンが変形すると、鏡面間隔ｄ等が
変化して、各ピーク波長λｍ１及びλｍ２は破線のよう
にシフトする。このとき、波長シフト量Δλと鏡面間隔
の変化量Δｄとの関係は、Δλ−（λｍ／ｄ）・Δｄ　
　　　　・・・■で表わされ、波長シフト方向はエタロ
ンの構造等により決定する。

■式より、鏡面間隔の小さい粗調エタロン（４）の波長
シフト量Δλ１は、鏡面間隔の大きい微調エタロン（５
）の波長シフト量Δλ２よりも大きくなるので、 λｍ、≠λｍ２ となり、第７図（ｃ）の破線のように中心波長が設定波
長λ。から微調エタロン（５）のピーク波長λを、にシ
フトする。又、両者を重ねたときの光透過量は、λｍｌ
−λｍ２ の場合と比べて減少するので、レーザ出力がΔＰだけ減
少する。

更に、粗調エタロン（４）のピーク波長λｍ、のシフト
量Δλ、が大きい場合は、設定波長λ。の両側に位置す
るサイドバンド波長λＳＡ及びλＳＨにおいて、他のモ
ードでの同時発振も起こり得る。

これを防ぐため、従来より例えば、公演集［プロシーデ
ィング（Ｐｒｏｃ、）ＳＰＩＥ　６３３（１９８６年）
」又は特開昭６３−２２８６９３号公報に示されたよう
に、波長モニタ機構を用いて、サイドバンド波長が発生
しないように光共振器内のエタロンを制御する構成が提
案されている。

前者においては、波長モニタ機構に２枚のモニタエタロ
ンを用い、一方のモニタエタロンで中心波長の揺らぎを
検出し、他方のモニタエタロンでサイドバンド波長を検
出し、光共振器内の２枚のエタロンを制御している。又
、後者においては、光共振器内のエタロンより広い自由
スペクトル領域を持つエタロンを波長モニタ機構に用い
、中心波長とサイドバンド波長との強度比を利用してレ
ーザビーム波長を制御している。

しかし、前者の場合は、２枚のエタロンを用いるため構
成が複雑になり、後者の場合は、強度比を用いているた
め、サイドバンドが完全に無くなった状態では制御でき
ないうえ、レーザ媒質（１）のガス圧や混合比等の状態
によりゲイン範囲に対する分布が変化するので強度比も
変える必要がある。

又、モニタエタロンによる干渉縞の揺らぎを用いて波長
制御しようとしても自由スペクトル領域が広いため、波
長の揺らぎを解析する能力が足りず高精度化が計れない
。

例えば、粗調エタロン（４）の波長シフトにより第７図
（ｃ）のようなサイドバンドが発生した場合、サイドバ
ンド波長λＳＡ及びλＳＢは、中心波長λ。の揺らぎΔ
λ２と比較するとかなりずれている。このため、モニタ
エタロンによる干渉縞出力から一意的に波長を決定する
ことが困難であり、もし一意的に決定しようとすると、
モニタエタロンの自由スペクトル領域をゲイン範囲と同
程度に設定しなければならない。一般に、ＫｒＦエキシ
マレーザのゲイン範囲は４００ｐｍ以上あり、又、モニ
タエタロンのフィネスは、光共振器用のエタロンと比較
して構造的に大きくできるが、せいぜい５０程度である
。

従って、０式より、波長分解能に相当するモニタエタロ
ンの半値幅は８ｐｎ程度になってしまい、中心波長の揺
らぎを高精度に検出することができなくなってしまう。

そこで、上記文献のように、２個のモニタエタロンを用
いて中心波長とサイドバンド波長を別々に検出したり、
自由スペクトル領域の大きいモニタエタロンで検出する
代わりに中心波長とサイドバンド波長との強度比を用い
て波長制御している。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の波長安定化レーザ装置は以上のように、波長モニ
タ機構に２枚のエタロンを用いたり自由スペクトル領域
の広いエタロンを用いているので、前者においては構成
が複雑化してコストダウンが計れず、又、後者において
は高精度化が計れないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、簡単な構成で波長揺らぎ及びサイドバンドを
高精度に検出し光共振器内の分光手段を高精度に制御で
きる波長安定化レーザ装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段１ この発明に係る波長安定化レーザ装置は、光共振器中に
挿入された粗調分光手段及び微調エタロンと、レーザビ
ームの波長情報を生成するためのモニタエタロンを含む
波長モニタ機構と、波長情報に基づいて粗調分光手段及
び微調エタロンを制御する粗調制御部及び微調制御部と
を備え、中心波長の両側に発生し得るサイドバンド波長
に対応する整数をｉとし、微調エタロンの自由スペクト
ル領域ＦＳＲ２とモニタエタロンの自由スペクトル領域
ＦＳＲＭとの関係を表わす定数Ｒを、 Ｒ＝ｉ×ＦＳＲ２＋ｊＸＦＳｈ 但し、ｊはＲの絶対値を最小にする整数としたときに、
Ｒ≠０且つＲ＃−ＦＳＲＮとなるように自由スペクトル
領域ＦＳＲ２及びＦＳＲＭを設定したものである。

［作用］ この発明においては、中心波長に対応する干渉縞に近接
してサイドバンド波長の干渉縞が表われるように定数Ｒ
を設定し、中心波長の揺らぎに基づいて微調エタロンを
高精度に制御すると共に、サイドバンドの発生状態に基
づいて粗調分光手段を高精度に制御する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明が適用される帯域レーザ装置を示す構成図
であり、（１）〜（６）は前述と同様のものである。

（７）はレーザビーム（６）の一部を反射させるビーム
スプリッタ、（１０）はビームスプリッタ（７）で反射
されたレーザビーム（６＾）に基づいてレーザビーム（
６）の波長情報λＫを生成する波長モニタ機構である。

（２０）及び（３０）は波長情報λＸに基づいて粗調エ
タロン（４）及び微調エタロン（５）を制御する粗調制
御部及び微調制御部であり、ＣＰＵ、メモリ及びサーボ
機構等を含み、レーザビーム（６）の波長及び出力を安
定化するようになっている。

尚、ビームスプリッタ（７）を用いずに、全反射鏡（２
）からの漏光をレーザビーム（６＾）として波長モニタ
機構（１０）に導いてもよい。又、図示しないが、波長
モニタ機構（１０）と同様の出力モニタ機構が設けられ
ており、検出されたレーザ出力が制御情報として粗調制
御部（２０）に入力されている。

第２図は第１図内の波長モニタ機構（１０）を詳細に示
す構成図である。（１１）はレーザビーム（６＾）が入
射されるインテグレータであり、入射光を弱めるＮ　Ｄ
　（ｎｅｕｔｒａｌ　ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ、拡散
させる拡散板、及び波長分布を平均化する干渉フィルタ
等から構成されている。

（１２）はインテグレータ（１１）を通した光を分光す
るモニタ用ファブリペローエタロン（以下、モニタエタ
ロンという）であり、微調エタロン（５）よりも狭い半
値幅ＷλＮの透過特性を有しており、例えばフィネスデ
ーの値は５０程度に設定されている。又、モニタエタロ
ン（１２）の自由スペクトル領域ＦＳＲＭは、予測され
る波長シフトΔλＮよりも広く設定されていると共に、
精度を上げるため、微調エタロン（５）の自由スペクト
ル領域ＦＳＲ２よりも小さく設定されており、例えばＦ
ＳＲ２が８０ｐｍであるのに対してＦＳＲＭは２５ｐｍ
程度である。

（１３）はエタロン（１２）を通した光を集光させる結
像レンズ、（１４）は結像レンズ（１３）により結像さ
れた光の干渉縞を観測するための一次元イメージセンサ
からなる撮像素子、（１５）は撮像素子（１４）上の干
渉縞を解析して波長情報λＫを出力する画像処理部であ
る。

第３図は撮像素子（１４）上の光強度を示す分布図であ
り、干渉縞中心からの距離Ｘと干渉縞出力との関係を示
している。実線は発振直後の強度分布であり、レーザビ
ーム（６＾）の中心波長が設定波長λ０と一致している
ため、設定波長λ。に対応する設定位置Ｘ。がピーク位
置となっている。又、破線は制御をかけない状態での経
時変化後の強度分布であり、波長シフト量Δλ２に対応
したシフト距離ΔＸだけシフトした位置Ｘ′がピーク位
置となっている。更に、各ピーク位置Ｘ０の距離ｘＮは
モニタエタロン（１２）の自由スペクトル領域ＦＳＲＭ
に対応している。

第４図は第３図と同様の干渉縞出力の分布図であり、実
線はレーザ発振の中心波長λ。に対応するピーク位置Ｘ
。の分布を表わし、破線はサイドバンド波長λＳＡ及び
λＳＨに対応するサイドバンド位置ｘＡ及びｘＢの分布
を表わしている。各サイドバンド位ＩＸＡ及びｘＢは、
第７図（ｃ）の各サイドバンド波長λＳＡ及びλＳＢに
それぞれ対応している。

次に、第１図〜第４図及び第７図を参照しながら、この
発明の一実施例の動作について説明する。

レーザ発振が開始されると、前述のように狭帯域化され
たレーザビーム（６）が放射されるが、このレーザビー
ム（６）は、そのままでは波長及び出力が不安定である
から、波長モニタ機構（１０）並びに各制御部〈２０）
及び（３０）により波長及び出力が制御される。

ビームスプリッタ（７）で反射された一部のレーザビー
ム（６八）は、波長モニタ機構（１０）に導入され、イ
ンテグレータ（１１）により弱められたり拡散させられ
た後、モニタエタロン（１２）を通して結像レンズ（１
３）に達する。

このとき、インテグレータ（１１）により生じた発散成
分のうち、モニタエタロン〈１２）に対して特定の入射
角θＭ（飛び飛びの値からなる）を持つ成分のみがモニ
タエタロン（１２）を透過して結像レンズ（１３）に到
達し、結像レンズ（１３）により集束された光は、撮像
素子（１４）上に結像されて円形の干渉縞（フリンジ）
を形成する。

ここで、結像レンズ（１３）の焦点距離をｆとすれば、
入射角θＮの成分を持つ光は、焦点位置において結像レ
ンズ（１３）の軸（干渉縞の中心位置）がらｆθＮだけ
離れた位置に集光される。

干渉縞出力の各ピーク位置く設定位置）Ｘｏはモニタエ
タロン（１２）の次数ＩＩＩＮ（入射角θＭに相当する
）の違いに対応し、自由スペクトル領域ＦＳＲＭに対応
する距離ＸＭの範囲内でレーザビーム（６＾）の中心波
長を一意的に決定することができる。即ち、各ピーク位
置Ｘ０はレーザビーム（６＾）の波長分布に対応した光
強度分布を持っているので、ピーク位置ｘｏを観測すれ
ば入射角θＮが求まり、更に、前述の０式より中心波長
を計算することができる。

このとき、中心波長がモニタエタロン（１２）の自由ス
ペクトル領域ＦＳＲＭの整数倍だけシフトすると、元の
光強度分布とほとんど同じになり、波長シフト量Δλ２
を検出することができなくなってしまうので、ＦＳＲＭ
は発熱等から予想される波長シフト量Δλ２より広く設
定されている。

波長制御をかけずに長時間発振させると、第３図の破線
のように、ピーク位置はＸ′にシフトし且つその光強度
は減少するが、波長モニタ機構（１０）は、中心波長の
揺らぎに対応するシフト距離ΔＸを波長情報λにとして
出力する。

微調制御部（３０）は、波長情報λＸに基づいて、干渉
縞のピーク位置が設定位置Ｘ。どなるように、即ち、レ
ーザビーム（６）の中心波長が設定波長λ。どなるよう
に微調エタロン（５）を制御する。

又、粗調制御部（２０）は、レーザビーム（６）の出力
情報に基づいて、粗調エタロン（４）を最適化するよう
に制御してレーザ出力を最大にする。

各エタロン（４）及び（５）の制御は、傾斜角度を変え
て入射角θを変化させたり、鏡面間隔ｄを変化させるこ
とにより行なわれる。鏡面間隔ｄは、エアギャップのス
ペーサにＰＺＴ（圧電素子）を用いるか、又は、エタロ
ンを封入した容器内の圧力を変えることにより制御され
る。

このような制御により、微調エタロン（５）の透過特性
は固定されるが、粗調エタロン（４）の透過特性はその
ままでは波長モニタ機ｍ　（１０）には現れず、もし粗
調エタロン（４）に波長シフト量があると、第７図（ｃ
）のようにサイドバンドが発生する。

サイドバンド発生の原因としては、粗調エタロン（４）
の透過特性シフト以外に、熱歪や面精度劣化により粗調
エタロン（４）のフィネスヂ、が小さくなって透過波長
の半値幅Ｗλ１が広がることも考えられる。

一般に、中心波長λ。の両側に波長し得るサイドバンド
波長λＳは、光共振器中に挿入されたエタロンのうち最
も小さい自由スペクトル領域ＦＳＲ２を持つ微調エタロ
ン（５）の透過波長λｍ２に依存して出現することが分
かつており、 λＳ−λｏ＋　ｉＸ　Ｆ　Ｓ　Ｒ２−■但し、ｉ：整数 で表わされる。従って、第７図（ｃ）に示したサイドバ
ンド波長λＳＡ及びλＳＢに対応する整数ｉは、それぞ
れ−２及び１となる。尚、粗調エタロン（４）の波長シ
フト方向が第７図と逆であれば、サイドバンドは対称位
置に現れ、整数ｉは−１及び２どなる。

これらサイドバンド波長λＳＡ及びλＳＢは、中心波長
λ。と同様に、波長モニタ機構（１０）内の撮像素子（
１４）上に結像され、第４図のようにサイドバンド位置
ＸＡ及びＸＢに干渉縞を形成する。この場合、検出精度
を上げるため、モニタエタロン（１２）の自由スペクト
ル領域ＦＳＲＭは余り大きく設定されていないが、サイ
ドバンド位置ｘＡ及びＸＢは、ＦＳＲＮの整数倍だけず
れた位置となり、見かけ上、ピーク位置Ｘ。の近傍に発
生する。

従って、波長モニタ機構（１０）で検出される見かけの
サイドバンド波長λＳ′は、 λｓ′＝λｓ＋ｊｘＦＳＲＭ となり、０式を代入すれば、 λＳ　−λｏ＋１ｘＦｓＲ２＋ｊｘＦｓＲＮ＝λｏ＋Ｒ
・・・■ で表わされる。但し、Ｒはモニタエタロン（１２）の自
由スペクトル領域ＦＳＲＭと微調エタロン（５）の自由
スペクトル領域ＦＳＲ２との関係から得られる見かけ上
のサイドバンド波長のシフト量を表わす定数であり、 Ｒ＝ｉ×ＦＳＲ２＋ｊ×ＦＳＲ）４ ＝λＳ−λ。十ｊｘ　Ｆ　Ｓ　ＲＮ　　　　・・・■で
ある。但し、ｊは定数Ｒの絶対値を最小にする整数であ
り、サイドバンド波長λＳとモニタエタロン（１２）の
自由スペクトル領域ＦＳＲＭとが決定すれば定まる。

この場合、ＦＳＲ２を８０ｐｍ、　Ｆ　Ｓ　ＲＮを２５
ｐｍとすれば、１−−２のサイドバンド波長λＳＡに対
しては、ｊ＝６ となり、このときの定数ＲＡは、 ＲＡ＝　（−２）　Ｘ　８０ｐｍ＋　６Ｘ　２５ｐｍ＝
　−ｔｏｐ惰 となる。又、ｉ＝１のサイドバンドλＳＢに対しては、
ｊ＝−３ となり、このときの定数ＲＢは、 ＲＢ＝ＩＸ８０ｐｍ＋（−３）Ｘ２５ｐｍ＝＝５ｐｍ となる。従って、サイドバンド波長λＳＡ及びλＳＢは
、波長モニタ機構（１０）内の撮像素子（１４）上では
、中心波長λ。から−１０ｐｍ及び５１１１１１ずれた
波長に対応するサイドバンド位置ＸＡ及びＸＢに出現す
る。尚、整数ｊを他の値にした場合は、全て既に求めら
れたサイドバンド位ＷＸＡ及びＸＢと重なる。又、干渉
縞の最中６部のサイドバンド位置ＸＡは干渉縞出力が小
さいため図示されていない。

ところで、■式から明らかなように、定数Ｒが０又はＦ
ＳＲＭと一致した場合、撮像素子（１４）上でのサイド
バンド位置ＸＡ及びＸＢが本来の中心波長に対応するピ
ーク位置Ｘ。と重なり、検出することができなくなって
しまう。又、各サイドバンド位置ＸＡ及びＸＢが一致し
てしまうと、両者が重なって検出することができなくな
ってしまう。従って、定数Ｒが、 Ｒ≠０、且つ、Ｒｆ−ＦＳＲＮ となるように、更に、各サイドバンド位置ｘＡ及びＸＢ
に対応する定数ＲＡ及びＲＢが、 ＲＡ−＃ＲＲ となるように、各自由スペクトル領域ＦＳＲ２及びＦＳ
ＲＭを設定する必要がある。

これにより、撮像素子（１４）上において確実にサイド
バンド位置ＸＡ及びＸＲを検出することができ、サイド
バンド波長λＳＡ及びλＳＢを決定することができる。

従って、そのままでは検出できない粗調エタロン（４）
の透過特性シフトを判断することができる。

波長モニタ機構（１０）は、サイドバンド位置ＸＡ及び
ＸＢを検出すると、これを波長情報λにとして粗調制御
部（２０）に入力し、粗調制御部（２０）は、サイドバ
ンドが発生しないように粗調エタロン（４）を制御する
。

この場合、精度を上げるためにモニタエタロン（１２）
の自由スペクトル領域ＦＳＲＭをある程度小さくしても
、光弁振器中に挿入されたエタロンのうち最も小さい自
由スペクトル領域を持つエタロン、即ち微調エタロン（
５）の自由スペクトル領域ＦＳＲ２との関係を上述した
ように設定すれば、１枚のモニタエタロン（１２）のみ
を用いてサイドバンドを確実に検出できることは明らか
である。このとき、例えば、ＦＳＲＭを２５ｐｍ　、フ
ィネス″ＰＭを５０とすれば、微調エタロン（５）の透
過特性シフトに対する中心波長の揺らぎ検出精度は０式
より０．５ｐｍとなる。

尚、上記実施例では、光弁振器中に２枚のエタロンを挿
入した場合について説明したが、３枚以上のエタロンを
挿入した場合においても同等の効果を奏する。この場合
、最も小さい自由スペクトル領域を持つエタロンを微調
エタロン（５）として扱えばよい。

又、粗調分光手段として粗調エタロン（４）を用いたが
、グレーティングやプリズム等の他の分散素子を用いて
もよい。

更に、波長モニタ機構（１０）に対して、一部のレーザ
ビーム（６＾）をビームスプリッタ（７）から直接導入
したが、光ファイバを通して導入してもよい。

この場合、波長モニタ機構（１０）の配置等の制約が無
くなり、設計の自由度が向上する。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、光弁振器中に挿入され
た粗調分光手段及び微調エタロンと、レーザビームの波
長情報を生成するためのモニタエタロンを含む波長モニ
タ機構と、波長情報に基づいて粗調分光手段及び微調エ
タロンを制御する粗調制御部及び微調制御部とを備え、
中心波長の両側に発生し得るサイドバンド波長に対応す
る整数をｉとし、微調エタロンの自由スペクトル領域Ｆ
ＳＲ２とモニタエタロンの自由スペクトル領域ＦＳＲＭ
との関係を表わす定数Ｒを、 Ｒ＝　ｉ　Ｘ　ＦＳＲ２＋ｊＸ　ＦＳＲＭ但し、ｊはＲ
の絶対値を最小にする整数としたときに、Ｒ≠０且つＲ
≠ＦＳＲＭとなるように自由スペクトル領域ＦＳＲ２及
びＦＳＲＭを設定し、中心波長に対応する干渉縞に近接
してサイドバンド波長の干渉縞が表われるようにしたの
で、中心波長の揺らぎに基づいて微調エタロンを高精度
に制御すると共に、サイドバンドの発生状態に基づいて
粗調分光手段を高精度に制御できる波長安定化レーザ装
置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図内の波長モニタ機構を詳細に示す構成図、第３図は
第２図内の撮像素子における干渉縞出力を波長シフト状
態と共に示す分布図、第４図は干渉縞出力をサイドバン
ド発生状態と共に示す分布図、第５図は一般的な狭帯域
レーザ装置を示す構成図、第６図はレーザビームの狭帯
域化動作を説明するための分光特性図、第７図はレーザ
ビームの波長及び出力のシフト状態を示す分光特性図で
ある。 （４）・・・粗調エタロン　　（５）・・・微調エタロ
ン（６）、（６＾）・・・レーザビーム （１０）・・・波長モニタ機１’＊　　（１２）・モニ
タエタロン（２０）・・・粗調制御部　　　（３０）・
・・微調制御部λ。・・・設定波長（中心波長） λＫ・・・波長情報 λＸ、波長槓蜆 Ｘｏ・・・設定位置（ピーク位置） Ｘ、・・・ＦＳＲＭに対応する距離 λＳＡ、λＳＢ・・・サイドバンド波長ｘＡ、ｘＢ・・
・サイドバンド位置 ＦＳＲ２・・・微調エタロンの自由スペクトル領域内、
図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　レーザビームの発振波長を狭帯域化するために光共振
   器中に挿入された粗調分光手段及び微調エタロンと、 前記レーザビームの波長情報を生成するためのモニタエ
   タロンを含む波長モニタ機構と、 前記波長情報に基づいて前記粗調分光手段及び前記微調
   エタロンを制御する粗調制御部及び微調制御部とを備え
   、 前記レーザビームの中心波長の両側に発生し得るサイド
   バンド波長に対応する整数をｉとし、前記微調エタロン
   の自由スペクトル領域ＦＳＲ＿２と前記モニタエタロン
   の自由スペクトル領域ＦＳＲ＿Ｍとの関係を表わす定数
   Ｒを、 Ｒ＝ｉ×ＦＳＲ＿２＋ｊ×ＦＳＲ＿Ｍ 但し、ｊはＲの絶対値を最小にする整数 としたときに、Ｒ≠０且つＲ≠ＦＳＲ＿Ｍとなるように
   前記自由スペクトル領域ＦＳＲ＿２及びＦＳＲ＿Ｍを設
   定したことを特徴とする波長安定化レーザ装置。