JPH0286179A - Method for preventing polarization inversion of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength - Google Patents

Method for preventing polarization inversion of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength

Info

Publication number
JPH0286179A
JPH0286179A JP23637488A JP23637488A JPH0286179A JP H0286179 A JPH0286179 A JP H0286179A JP 23637488 A JP23637488 A JP 23637488A JP 23637488 A JP23637488 A JP 23637488A JP H0286179 A JPH0286179 A JP H0286179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
magnetic field
static magnetic
polarization
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23637488A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kyoichi Deki
恭一 出来
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.)
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ushio Denki KK, Ushio Inc filed Critical Ushio Denki KK
Priority to JP23637488A priority Critical patent/JPH0286179A/en
Priority to US07/406,060 priority patent/US5014278A/en
Priority to DE3931754A priority patent/DE3931754A1/en
Publication of JPH0286179A publication Critical patent/JPH0286179A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01S3/1396Stabilisation 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 by using two modes present, e.g. Zeeman splitting

Abstract

PURPOSE:To prevent reflection of polarized light by impressing a specific static magnetic field upon the inside of a laser thin tube so as to make polarizing directions of adjacent longitudinal modes linear-orthogonal to each other. CONSTITUTION:Magnets 20 are arranged around a laser tube 10 so that a static magnetic field can be impressed upon the inside of the laser thin tube 11 of the laser 10 perpendicularly to the optical axis of the thin 11. The magnitude of the static magnetic field is adjusted so that the Zeeman frequency between pi and + or -alpha transition can become equal to the longitudinal-mode interval when the magnetic field is impressed. The direction of the static magnetic field is perpendicular to the axis of the laser thin tube 11 and the angle theta between the inherent polarizing direction C1 of the laser tube 10 and the direction H of the static magnetic field is set to about 30-42 deg.. In addition, the magnetic field is almost uniform in the length direction of the thin tube 11. When the static magnetic field is impressed under such conditions, the longitudinal mode repeatedly changes from (a) to (f) through (b), (c), (d), and (e) shown in the figure and the polarizing direction of each longitudinal mode does not change. Therefore, the frequency can be stabilized by a two mode method and occurrence of inversion of polarization can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ管内にレーザ細管が配置された構造を
有する内部ミラー型ヘリウム・ネオンレーザ装置から発
振される発振波長が′543nmのレーザの偏光反転の
防止方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention is directed to a laser whose oscillation wavelength is '543 nm, which is emitted from an internal mirror type helium-neon laser device having a structure in which a laser tube is disposed within a laser tube. This invention relates to a method for preventing polarization reversal.

〔技術の背景〕[Technology background]

内部ミラー型ヘリウム・ネオンレーザの発振波長として
は、従来、633nm (赤色)が知られている。
The oscillation wavelength of an internal mirror type helium-neon laser is conventionally known to be 633 nm (red).

この発振波長が633nmの内部ミラー型ヘリウム・ネ
オンレーザ(以下r633nm He−Neレーザ」と
もいう。)の発振周波数を安定化する手段としては、例
えば2モード法、ラムデイツプ法、ヨウ素吸収セル法、
縦ゼーマン法、横ゼーマン法、磁気変調法等、多くの制
御手段が既に確立されていこれに対して、発振波長が5
43nm (緑色)の内部ミラー型ヘリウム・ネオンレ
ーザ(以下「543nmHe−Neレーザ」ともいう。
Means for stabilizing the oscillation frequency of this internal mirror type helium-neon laser (hereinafter also referred to as r633nm He-Ne laser) with an oscillation wavelength of 633 nm include, for example, the two-mode method, the Lamb-Dip method, the iodine absorption cell method,
Many control methods have already been established, such as the longitudinal Zeeman method, the transverse Zeeman method, and the magnetic modulation method.
43 nm (green) internal mirror type helium-neon laser (hereinafter also referred to as "543 nm He-Ne laser").

)は、1970年にベリーによって最初の発振報告がな
された比較的新しイレーザである(参照文献: D、 
L、 Perry、 1EiE[E J。
) is a relatively new eraser whose oscillation was first reported by Berry in 1970 (References: D,
L, Perry, 1EiE[EJ.

Quantumε1ectron、QB−7(1971
) 102)。
Quantumε1ectron, QB-7 (1971
) 102).

この543nm He−Neレーデは、633nm H
e−Neレーザよりも発振波長が短いことから、精密計
測に適用する場合に計測精度の向上が期待できる。
This 543nm He-Ne radar is a 633nm H
Since the oscillation wavelength is shorter than that of the e-Ne laser, improvement in measurement accuracy can be expected when applied to precision measurements.

しかし、反面、この543nm He−Neレーザは遷
移(352−21)+o)の利得が633nm He−
Neレーザに比して1/15〜1/17程度と極めて小
さく、そのため実用化が長らく困難であった。
However, on the other hand, this 543 nm He-Ne laser has a gain of 633 nm He-
It is extremely small, about 1/15 to 1/17, compared to Ne lasers, so it has long been difficult to put it into practical use.

しかして、最近になって、レーザミラーの性能が向上し
たことにより40cm程度の共振器長で543nmHe
−Neレーザの発振出力を実用的な程度にまで高くする
ことが可能となった。
Recently, however, due to improved performance of laser mirrors, it has become possible to produce 543 nm He with a cavity length of about 40 cm.
It has become possible to increase the oscillation output of the -Ne laser to a practical level.

1987年には、T フェルマンらによって、市販の5
43nm He−Neレーザを用いて行われた周波数安
定化の実験結果が報告された(参照文献:Applie
cl 0ptics、  vo126.No、14. 
 P2705. 1987年)。
In 1987, T. Ferman et al.
Experimental results of frequency stabilization performed using a 43 nm He-Ne laser were reported (Reference: Applie
cl 0ptics, vol 126. No, 14.
P2705. (1987).

この報告によると、縦モードが利得中心に対して対称配
置となる付近で直交直線偏光している各縦モードの偏光
方位が突然90°変化する、いわゆるボラリセーンBン
フリッピング(Polarizatiorflippi
ng) (以下「偏光反転」ともいう。)が存在するこ
とが明らかにされた。
According to this report, the polarization direction of each orthogonal linearly polarized longitudinal mode suddenly changes by 90° near the point where the longitudinal mode is arranged symmetrically with respect to the gain center, which is called polarization B flipping.
ng) (hereinafter also referred to as "polarization reversal").

従って、543nm He−Neレーザの周波数の安定
化を例えば2モード法を適用して行う際には、上記偏光
反転が起こる領域(以下「偏光反転領域」という。)を
避ける必要がある。
Therefore, when stabilizing the frequency of a 543 nm He-Ne laser by applying, for example, a two-mode method, it is necessary to avoid the region where polarization inversion occurs (hereinafter referred to as "polarization inversion region").

ここで、2モード法とは、隣接する縦モードの偏光が常
に直交直線偏光している性質を利用したものであり、隣
接する縦モードの偏光を例えば偏光ビームスプリッタ(
P B S)等の手段により分離し、その強度差または
強度比をレーザの発振周波数の誤差信号として利用して
周波数の安定化を図る方法である。
Here, the two-mode method utilizes the property that the polarized light of adjacent longitudinal modes is always orthogonally linearly polarized, and the polarized light of adjacent longitudinal modes is, for example, polarized by a polarizing beam splitter (
This is a method in which the intensity difference or intensity ratio is used as an error signal for the laser oscillation frequency to stabilize the frequency.

しかして、現在市販されているレーザ装置は、レーザ出
力を実用レベルにまで高めるため1く、その共振器長は
約43cm程度となっている。このため発振される54
3nm He −Neレーザの縦モードを観測すると、
第1図に示すように、543nm He−Neレーザは
、通常、縦モードが3〜4本の範囲で発振している。そ
して、電源が投入されると、レーザ管が熱膨張して共振
器長が伸びるため、縦モードは、第1図において、(a
)−(b)−(C)−(d)−(a)−・・のように繰
り返し変化する。C1およびC2はレーザ管の固有偏光
方位であり、C1が光強度が弱い方位、C2が光強度が
強い方位である。
However, in order to increase the laser output to a practical level, currently commercially available laser devices have a resonator length of about 43 cm. This causes 54 oscillations.
When observing the longitudinal mode of a 3nm He-Ne laser,
As shown in FIG. 1, a 543 nm He-Ne laser typically oscillates in a range of 3 to 4 longitudinal modes. When the power is turned on, the laser tube thermally expands and the resonator length increases, so the longitudinal mode is
)-(b)-(C)-(d)-(a)--... C1 and C2 are the unique polarization directions of the laser tube, where C1 is the direction where the light intensity is weak and C2 is the direction where the light intensity is strong.

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

しかして、543nm He −Neレーザにおいては
、(1)隣接する縦モードが必ず直交偏光しているので
はなく、平行偏光の組が必ず存在すること、(2)モー
ド間の利得競合が激しくなるような縦モード配置の場合
、すなわち、第1図のら)または(d)の場合には、各
モードの偏光方位が急激に90°変化する偏光反転が生
ずること、 の2点において、すでに実用化が進んでいる633nm
He−Neレーザと大きく相違する。
However, in a 543 nm He-Ne laser, (1) adjacent longitudinal modes are not necessarily orthogonally polarized, but there is always a pair of parallel polarized lights, and (2) gain competition between modes becomes intense. In the case of such a longitudinal mode arrangement, that is, in the case of Fig. 1 (a) or (d), polarization reversal occurs in which the polarization direction of each mode suddenly changes by 90°. 633nm is becoming increasingly popular
It is significantly different from a He-Ne laser.

従って、例えば2モード法をそのまま適用して543n
m He−Neレーザの周波数の安定化を行うと、以下
の問題がある。
Therefore, for example, by applying the two-mode method as is, 543n
When stabilizing the frequency of mHe-Ne laser, the following problems arise.

■ 周波数安定化可能領域が狭い。■ The frequency stabilization range is narrow.

■ 第1図の(a)または(C)に示したモード配置お
よび偏光状態でしか周波数を安定化できないので、一方
の偏光成分には、周波数の差が縦モード間隔となる2つ
の周波数成分を含むようになり、偏光干渉計用の光源と
して用いる場合に不利となる。
■ Since the frequency can only be stabilized with the mode arrangement and polarization state shown in Figure 1 (a) or (C), one polarization component has two frequency components whose frequency difference is the longitudinal mode spacing. This is disadvantageous when used as a light source for a polarization interferometer.

本発明は以上の如き事情に基づいてなされたものであっ
て、その目的は、543nm He −Ne L/−ザ
の偏光反転を有効に防止することができる偏光反転の防
止方法を提供することにある。
The present invention has been made based on the above circumstances, and its purpose is to provide a method for preventing polarization reversal that can effectively prevent polarization reversal of 543 nm He-Ne L/-. be.

〔課題を解決するた約の手段〕[A means of promise to solve problems]

上記目的を達成するため、本発明は、レーザ管内にレー
ザ細管が配置された構造を有する内部ミラー型ヘリウム
・ネオンレーザ装置から発振される発振波長が543n
mのレーザの偏光反転の防止方法であって、前記レーザ
細管内に下記条件[1]〜[3]を満足する静磁界を印
加して、発振波長が543nmのレーザの隣接する縦モ
ードの偏光方位を互いに直交直線偏光とすることを特徴
とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides an oscillation wavelength of 543 nm oscillated from an internal mirror type helium neon laser device having a structure in which a laser tube is disposed within a laser tube.
A method for preventing polarization reversal of a laser having an oscillation wavelength of 543 nm, the method comprising: applying a static magnetic field satisfying the following conditions [1] to [3] within the laser tube to prevent polarization of adjacent longitudinal modes of a laser having an oscillation wavelength of 543 nm; It is characterized by linearly polarized light whose directions are orthogonal to each other.

条件■ 静磁界の方向がレーザ細管の軸に垂直で、かつ、静磁界
の方向とレーザ管の固有偏光方位とのなす角が30〜4
2°であること。
Condition ■ The direction of the static magnetic field is perpendicular to the axis of the laser tube, and the angle between the direction of the static magnetic field and the laser tube's intrinsic polarization direction is 30 to 4.
Must be 2°.

条件■ 静磁界の大きさが、当該静磁界を印加したときにπおよ
び±σ遷移間のゼーマン周波数と縦モード間隔とが等し
くなる大きさであること。
Condition (1) The magnitude of the static magnetic field is such that the Zeeman frequency between π and ±σ transitions and the longitudinal mode spacing are equal when the static magnetic field is applied.

条件■ 静磁界の大きさが、レーザ細管の長手方向に沿ってほぼ
一様であること。
Condition ■ The magnitude of the static magnetic field is almost uniform along the longitudinal direction of the laser tube.

〔作用〕[Effect]

レーザ細管内に上記条件[1]〜[3]を満足する特定
の静磁界を印加すると、詳細は後述する実験結果から理
解されるように、各縦モードが利得中心に対して対称配
置となる付近において直交直線偏光している場合であっ
ても各縦モードの偏光方位が突然90°変化することが
ない。
When a specific static magnetic field satisfying the above conditions [1] to [3] is applied inside the laser tube, each longitudinal mode becomes symmetrically arranged with respect to the gain center, as will be understood from the experimental results described in detail later. Even if the light is orthogonally linearly polarized in the vicinity, the polarization direction of each longitudinal mode will not suddenly change by 90°.

このように543nm He −Neレーザにおいて、
偏光反転を有効に防止できるので、633nm He−
Neレーザと同等の性能で周波数を安定化することが期
待できる。
In this way, in the 543 nm He-Ne laser,
Since polarization reversal can be effectively prevented, 633nm He-
It is expected that the frequency will be stabilized with the same performance as the Ne laser.

〔発明の具体的構成〕[Specific structure of the invention]

以下、本発明を具体的に説明する。 The present invention will be specifically explained below.

本発明者は、レーザ管内にレーザ細管が配置された構造
を有する内部ミラー型ヘリウム・ネオンレーザ装置から
発振される発振波長が543nmのレーザの静磁界中で
の偏光特性を調べているうち、特有の現象を見出した。
While investigating the polarization characteristics in a static magnetic field of a laser with an oscillation wavelength of 543 nm emitted from an internal mirror type helium-neon laser device having a structure in which a laser tube is arranged within a laser tube, the inventor found that discovered the phenomenon of

すなわち、543nm He−Naレーザル−サ細管内
に特定の静磁界を印加することにより、各縦モードが利
得中心に対して対称配置となる付近において直交直線偏
光している場合であっても隣接する縦モードが偏光反転
を伴わずに安定に直交直線偏光状態を維持することを見
出した。
That is, by applying a specific static magnetic field inside the 543 nm He-Na laser tube, each longitudinal mode can be arranged symmetrically with respect to the gain center, even if the longitudinal modes are orthogonally linearly polarized, adjacent We found that the longitudinal mode stably maintains the orthogonal linear polarization state without polarization reversal.

このときの静磁界は次の条件[1]〜[3]を満足する
ものであった。
The static magnetic field at this time satisfied the following conditions [1] to [3].

条件■ 静磁界の方向がレーザ細管の軸に垂直で、かつ、静磁界
の方向とレーザ管の固有偏光方位とのなす角が30〜4
2°であること。
Condition ■ The direction of the static magnetic field is perpendicular to the axis of the laser tube, and the angle between the direction of the static magnetic field and the laser tube's intrinsic polarization direction is 30 to 4.
Must be 2°.

条件■ 静磁界の大きさが、当該静磁界を印加したときにπおよ
び±σ遷移間のゼーマン周波数と縦モード間隔とが等し
くなる大きさであること。
Condition (1) The magnitude of the static magnetic field is such that the Zeeman frequency between π and ±σ transitions and the longitudinal mode spacing are equal when the static magnetic field is applied.

条件■ 静磁界の大きさが、レーザ細管の長手方向に沿ってほぼ
一様であること。
Condition ■ The magnitude of the static magnetic field is almost uniform along the longitudinal direction of the laser tube.

そして、上記静磁界を印加した状態においては、レーデ
利得曲線の広範囲にわたって縦モードが2本で発振する
ことを見出した。
It has also been found that when the static magnetic field is applied, two longitudinal modes oscillate over a wide range of the Lede gain curve.

本発明は斯かる知見に基づいてなされたものであって、
543nm He−Neレーザにおイテ、レーザ細管内
に特定の静磁界を印加するという構成を採用することに
より、隣接する縦モードの偏光方位を互いに直交直線偏
光として偏光反転を防止したものである。
The present invention was made based on such knowledge, and
By employing a configuration in which a specific static magnetic field is applied to the laser tube in a 543 nm He-Ne laser, the polarization directions of adjacent longitudinal modes are set to mutually orthogonal linear polarization to prevent polarization reversal.

第2図(a)は、静磁界の印加半没の一例を示す説明図
である。レーザ管10の外周を囲むようマグネット20
を配置し、このマグネット20により、レーザ細管ll
内に当該レーザ細管11の管軸すなわち光軸に対して垂
直な方向の静磁界を印加する。
FIG. 2(a) is an explanatory diagram showing an example of application of a static magnetic field. A magnet 20 surrounds the outer periphery of the laser tube 10.
is placed, and by this magnet 20, the laser capillary ll
A static magnetic field in a direction perpendicular to the tube axis of the laser tube 11, that is, the optical axis, is applied within the laser tube 11.

この静磁界の大きさは、当該静磁界を印加したときにπ
および±σ遷移間のゼーマン周波数と縦モード間隔とが
等しくなる大きさである。
The magnitude of this static magnetic field is π when the static magnetic field is applied.
and the magnitude at which the Zeeman frequency between ±σ transitions and the longitudinal mode spacing are equal.

そして、静磁界の方向は、レーザ細管11の管軸に対し
て垂直方向であって、しかも、第2図(b)に示すよう
に、レーザ管10の固有偏光方位C1と、静磁界の方向
Hとのなす角θが30〜42°程度となる方向である。
The direction of the static magnetic field is perpendicular to the tube axis of the laser tube 11, and as shown in FIG. This is a direction in which the angle θ formed with H is about 30 to 42 degrees.

ここで、本発明においては、固有偏光方位C1およびC
2において、直線偏光板を通して出力をモニタしたとき
ピーク光強度が弱い方位をC強い方位を02と定義する
Here, in the present invention, the intrinsic polarization directions C1 and C
2, the direction in which the peak light intensity is weak when the output is monitored through a linear polarizing plate is defined as C, and the direction in which peak light intensity is strong is defined as 02.

そして、静磁界は、レーザ細管11の長手方向に沿って
ほぼ一様である。
The static magnetic field is substantially uniform along the longitudinal direction of the laser tube 11.

静磁界を形成するためのマグネット20は、例えばフェ
ライト性の永久磁石であってもよいし、あるいは電磁石
であってもよい。
The magnet 20 for forming the static magnetic field may be, for example, a ferrite permanent magnet or an electromagnet.

第3図は、第2図に示した条件下で静磁界を印加したと
きの縦モードの変化の一例を示す図である。縦モードは
、第3図において(a)−ら)→(C)→(d)−(e
)−(f)→(a)・・・と繰り返して変化する。すな
わち、レーザ利得曲線を移動する間は、各々の縦モード
の偏光方位は変化しない。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a change in the longitudinal mode when a static magnetic field is applied under the conditions shown in FIG. 2. In Fig. 3, the longitudinal mode is (a) - et al) → (C) → (d) - (e
)-(f)→(a)... and so on. That is, while moving along the laser gain curve, the polarization direction of each longitudinal mode does not change.

従って、第3図の(b)、 (c)、 (e)、 (f
)のモート配置となる場合を利用すれば、543nm 
Ha−Neレーザにおいても633nm He−Neレ
ーザと同様に2モード法による周波数の安定化が可能と
なる。
Therefore, (b), (c), (e), (f
), if you use the mote arrangement, 543 nm
Similarly to the 633 nm He-Ne laser, the frequency of the Ha-Ne laser can be stabilized using the two-mode method.

このように本発明によれば、偏光反転の発生を有効に防
止することができる。従って、以下の利点がある。
As described above, according to the present invention, the occurrence of polarization reversal can be effectively prevented. Therefore, there are the following advantages.

(1)周波数の安定化できる範囲が、T、フヱルマンら
の方法に比して約6倍に広がる。
(1) The range in which the frequency can be stabilized is approximately six times wider than that of the method of T. Fulman et al.

(2)オートロツタ回路をきわめて簡単に構成すること
ができる。なあ、オートロツタ回路とは、モードロック
を自動的に行うだめの回路をいう。
(2) The autorotter circuit can be configured extremely easily. By the way, an autorotator circuit is a circuit that automatically performs mode locking.

次に、本発明の有効性を裏付けるために行った実験につ
いて説明する。
Next, experiments conducted to prove the effectiveness of the present invention will be explained.

〔実験1〕 市販されている、レーザ管内にレーザ細管が配置された
構造を有する発振波長が543nmの内部ミラー型ヘリ
ウム・ネオンレーザ装置(05−LGR−171,ME
LLES GR−10T社製)を用いて、静磁界を印加
しない状態(ゼロ磁界)で、レーザの偏光特性を調べた
[Experiment 1] A commercially available internal mirror type helium neon laser device (05-LGR-171, ME
(manufactured by LLES GR-10T), the polarization characteristics of the laser were investigated in a state where no static magnetic field was applied (zero magnetic field).

上記レーザ装置の主な特徴は、本発明者の分析結果によ
ると次のとおりである。
The main features of the above laser device are as follows, according to the analysis results of the present inventor.

’He/22Ne=l(1/1 ・全圧カニ 186.2 pa (1,4Torr)・
共振器長:402mm(縦モード間隔373MHz)・
レーザ細管の直径: l、 5mm レーザ細管の長さ: 330mm ・出力側ミラーの曲率半径: 800+n+n・高反射
側ミラーの曲率半径:■ 第4図にファブリ・ベロー干渉計を用いた縦モード観測
の結果を模式的に示す。同図には典型的なモード配置と
その偏光状態を示しである。常に3本から4本の縦モー
ドで発振し、各モードは直I偏光しているが、633n
mの赤色He−Naレーザの場合とは異なり、隣接する
縦モードが必ずしも直交偏光ではなく、平行偏光となる
場合が存在する。
'He/22Ne=l(1/1 ・Total pressure crab 186.2 pa (1.4 Torr) ・
Resonator length: 402mm (longitudinal mode interval 373MHz)・
Diameter of laser tube: l, 5mm Length of laser tube: 330mm ・Radius of curvature of output side mirror: 800+n+n ・Radius of curvature of high reflection side mirror: ■ Figure 4 shows longitudinal mode observation using a Fabry-Bérot interferometer. The results are shown schematically. The figure shows a typical mode arrangement and its polarization state. It always oscillates in three to four longitudinal modes, and each mode is directly I-polarized, but the 633n
Unlike the case of the red He-Na laser of 1.0 m, adjacent longitudinal modes are not necessarily orthogonally polarized but may be parallel polarized.

電源を投入してレーザ装置を駆動すると、共振器が熱膨
張し、そのため縦モードは利得幅内を低周波側へ移動し
、モード配置は、第4図において、(a)→(b)→(
C)→(d)→(a)・・・と繰り返し移り変わる。
When the power is turned on and the laser device is driven, the resonator expands thermally, and as a result, the longitudinal mode moves to the lower frequency side within the gain width, and the mode arrangement changes from (a) → (b) → in Fig. 4. (
It changes repeatedly as C) → (d) → (a)...

同図のし)や(d)のように各縦モード強度が左右対称
に近いモード配置となる場合には、各縦モードの偏光方
位が突然90°変化する偏光反転が生じる。
When the intensity of each longitudinal mode becomes a nearly symmetrical mode arrangement as shown in (a) and (d) of the same figure, polarization reversal occurs in which the polarization direction of each longitudinal mode suddenly changes by 90°.

実際に、既述の市販されている同型のレーザ装置を2台
用いて別個に実験を行ったところ、2台のレーザ装置の
いずれにおいても偏光反転を観測することができた。
In fact, when we conducted separate experiments using two commercially available laser devices of the same type as described above, we were able to observe polarization reversal in both of the two laser devices.

第5図は、ファブリ・ペロー干渉計の前方に、ピーク光
強度が弱い固有偏光方位CIと平行になるように直線偏
光板をおいて、1回の偏光反転が生じた後、次の偏光反
転が生じる瞬間までの固有偏光方位C2における縦モー
ドの動きを、蓄積型オシロスコープで追跡した結果を模
式的に示すものであり、第4図の(C)→(d)のモー
ド配置の変化に対応するもので、(d)における偏光反
転に対応する。
Figure 5 shows a linear polarizing plate placed in front of the Fabry-Perot interferometer so that the peak light intensity is parallel to the weak intrinsic polarization direction CI, and after one polarization reversal occurs, the next polarization reversal occurs. This diagram schematically shows the results of tracking the movement of the longitudinal mode in the eigenpolarization direction C2 up to the moment when C2 occurs, using a storage oscilloscope, and corresponds to the change in mode arrangement from (C) to (d) in Figure 4. This corresponds to the polarization inversion in (d).

左側の2つのモードは偏光反転したことにより生じたも
ので、この時点で蓄積型オシロスコープへの蓄積を停止
した。この実験において、1回の偏光反転から次の偏光
反転までの偏光方位が安定な範囲は、右よそ93MHz
であった。
The two modes on the left were caused by polarization reversal, and at this point storage in the storage oscilloscope was stopped. In this experiment, the range in which the polarization direction is stable from one polarization reversal to the next polarization reversal is approximately 93 MHz to the right.
Met.

次に、縦モード間の結合によるビートの観測を試みた。Next, we attempted to observe beats due to the coupling between longitudinal modes.

観測には、ピーク光強度が弱い固有偏光方位C1とのな
す角度を45°で設定した直線偏光板と、D〜2(1M
Hzに感度のある広帯域増幅器とを用いた。
For observation, we used a linear polarizing plate whose angle with the unique polarization direction C1, which has a weak peak light intensity, was set at 45°, and a polarizing plate D~2 (1M
A broadband amplifier sensitive to Hz was used.

第6図(a)は、第4図(a)、 (C)に相当するモ
ード配置での観測結果を模式的に示す図である。同図か
ら理解されるように、50MHz近傍にビートが観測さ
れた。なお、観測時、loOMHzの近傍にも瞬間的に
ビートが見られたが、その強度は50kHzのビートに
比べ1/10以下程度であった。
FIG. 6(a) is a diagram schematically showing the observation results in a mode arrangement corresponding to FIGS. 4(a) and (C). As understood from the figure, a beat was observed near 50 MHz. Note that during the observation, a beat was momentarily observed near loOMHz, but its intensity was about 1/10 or less compared to the beat at 50 kHz.

第6図(b)は、第4図(b)に相当するモード配置で
の観測結果を模式的に示す図である。同図から理解され
るように、5QkHz付近で2個以上のスペクトルの複
雑な変化が見られた。
FIG. 6(b) is a diagram schematically showing the observation results in a mode arrangement corresponding to FIG. 4(b). As understood from the figure, two or more complex changes in spectra were observed near 5QkHz.

以上のように、ゼロ磁界では、3本から4本の縦モード
で発振し、その固有偏光方位やビートも共振器離調(c
avity detuning) に対し複雑な変化を
示し周波数安定化に利用可能と思われる特性は見い出せ
なかった。
As described above, in zero magnetic field, oscillation occurs in three to four longitudinal modes, and its intrinsic polarization direction and beat are also resonator detuned (c
No characteristics were found that showed complex changes in the frequency detuning (avity detuning) and could be used for frequency stabilization.

従って、このレーザ装置において、周波数の安定化を行
うためには、偏光反転領域を避ける必要があり、それだ
け安定化できる領域が狭くなる。
Therefore, in order to stabilize the frequency in this laser device, it is necessary to avoid the polarization inversion region, which narrows the region in which it can be stabilized.

また、一方の固有偏光方位の縦モードには、周波数の差
が縦モード間隔となる2つの周波数成分が必ず含まれる
こととなり、そのため偏光干渉計用の光源として用いる
場合に不利となる。
Furthermore, the longitudinal mode of one eigenpolarization direction necessarily includes two frequency components whose frequency difference is the longitudinal mode interval, which is disadvantageous when used as a light source for a polarization interferometer.

〔実験2〕 実験1と同様のレーザ装置を用いて、レーザ細管内にそ
の管軸に垂直方向の静磁界を印加した場合(横磁界)の
偏光特性を調べる実験を行った。
[Experiment 2] Using the same laser device as in Experiment 1, an experiment was conducted to examine the polarization characteristics when a static magnetic field perpendicular to the tube axis (transverse magnetic field) was applied inside the laser tube.

Ne 633nm遷移では周波数安定化の手段として、
2モード法、ラムデイツプ法、縦ゼーマン法、横ゼーマ
ン法等がすでに実用化されている。
At the Ne 633nm transition, as a means of frequency stabilization,
The two-mode method, Lamb-Deep method, longitudinal Zeeman method, transverse Zeeman method, etc. have already been put into practical use.

特に、横ゼーマン法は、共振器長が比較的長い(約26
〜28叩)レーザ装置に適用でき、この方法で安定化さ
れたレーザは光へテロダイン計測用光源としても利用で
き有用であることが知られている。
In particular, in the transverse Zeeman method, the cavity length is relatively long (approximately 26
It is known that the laser stabilized by this method can be applied to a laser device and is useful as a light source for optical heterodyne measurement.

そこで、Ne 543nm遷移にも横ゼーマン法が適用
可能か否かを確認するために横磁界中での偏光特性を調
べる実験を行った。
Therefore, in order to confirm whether the transverse Zeeman method is also applicable to the Ne 543 nm transition, an experiment was conducted to examine the polarization characteristics in a transverse magnetic field.

第7図は、横磁界中でのNe 543nm遷移を模式%
式% 遷移は禁止される。一方、6331m遷移の場合、上下
両単位のランデグ(Landeg)因子は、各々、g。
Figure 7 schematically shows the Ne 543nm transition in a transverse magnetic field.
Expression % transitions are prohibited. On the other hand, in the case of the 6331m transition, the Landeg factors of both the upper and lower units are g.

=1.295、g、=1.301でほとんど等しく、ゼ
ーマン分離周波数Fzは、 Fz=μm g−B/ h      ・・・(1)(
μ、:ボーア磁子1 B=磁束密度)と考えてよいが、
543nm遷移の場合gb =1.984であり、g6
 とは無視できない差がある。
=1.295, g, =1.301, which are almost equal, and the Zeeman separation frequency Fz is: Fz=μm g-B/h...(1)(
μ, : Bohr magneton 1 B = magnetic flux density), but
For the 543 nm transition gb = 1.984 and g6
There is a difference that cannot be ignored.

横ゼーマン法では、縦モード間隔に等しいFzとなる磁
界、すなわち特性横磁界を印加して3本の縦モード間の
結合(利得の競合)を強めることにより単一縦モード化
を達成している。
In the transverse Zeeman method, a single longitudinal mode is achieved by applying a magnetic field with Fz equal to the longitudinal mode spacing, that is, a characteristic transverse magnetic field, to strengthen the coupling (gain competition) between the three longitudinal modes. .

これには上または下準位を共有準位とするπ、σ遷移間
の結合が直接関係している。5431m遷移では、下準
位を共有するπおよびσ遷移は、m。
This is directly related to the coupling between π and σ transitions that share the upper or lower level. 5431m transition, the π and σ transitions sharing the lower level are m.

=1,0からm、=1への遷移、m、=O,−1からm
b=lへの遷移の2種類あり、それらのσ、π遷移間の
周波数差は上記式(1)で与えられる。
=1, transition from 0 to m, =1, m, =O, -1 to m
There are two types of transitions to b=l, and the frequency difference between these σ and π transitions is given by the above equation (1).

一方、上準位を共有するπおよびσ遷移もm4=1から
mb=l、Qへの遷移、m、 =  1からmb=Q、
−1への遷移の2種類あるが、それらのσ、π遷移間の
ゼーマン分離周波数F’zは、F″2=μa gb B
/ h      ・・・(2)となる。すなわち、5
43nm遷移は、633nm遷移とは異なり特性横磁界
には2つの値が存在することになる。この実験では、前
者の方を選んだ。この場合、特性横磁界を与える磁束密
度は206 Gaussであった。
On the other hand, the π and σ transitions that share the upper level also transition from m4 = 1 to mb = l, Q, m, = 1 to mb = Q,
There are two types of transitions to −1, and the Zeeman separation frequency F'z between these σ and π transitions is F″2=μa gb B
/h...(2). That is, 5
In the 43 nm transition, unlike the 633 nm transition, the characteristic transverse magnetic field has two values. In this experiment, we chose the former. In this case, the magnetic flux density providing the characteristic transverse magnetic field was 206 Gauss.

第8図は、実験装置の概略を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an outline of the experimental apparatus.

レーザヘッドは、その両端部が切削加工により取除かれ
、出力側(陽極側)のレーザ細管の端部が目視でき、ま
たレーザ管の後部の高反射ミラー側からもレーザ光を取
出せるように改造しである。
Both ends of the laser head have been removed by cutting, so that the end of the laser tube on the output side (anode side) can be seen visually, and the laser beam can also be extracted from the high-reflection mirror side at the rear of the laser tube. It has been remodeled.

横磁界Hは、厚さ6止の鉄板にフェライトマグネット 
(FB4B材、TDK製) 30X40X10mffl
を適当な間隔で固定配置して形成した。レーザー細管長
(330+I1m)の約78%の部分に磁束密度が20
2±86aussの−様な横磁界、(均一度±4%)を
印加した。
The horizontal magnetic field H is a ferrite magnet on a 6-stop thick iron plate.
(FB4B material, made by TDK) 30X40X10mffl
were fixedly arranged at appropriate intervals. The magnetic flux density is 20% in about 78% of the laser tube length (330+I1m).
A -like transverse magnetic field of 2±86 auss (uniformity ±4%) was applied.

なお、横磁界Hの方向とピーク光強度が弱い固有偏光方
位CIとのなす角θが0°または90°のときが横ゼー
マン法の場合に相当する。
Note that the case where the angle θ between the direction of the transverse magnetic field H and the intrinsic polarization direction CI having a weak peak light intensity is 0° or 90° corresponds to the case of the transverse Zeeman method.

この第8図において、LPは直線偏光板、PDはPIN
フォトダイオード、VAはビデオアンプ、O8はオシロ
スコープ、SAはスペクトル分析器、PHはピンホール
、FPIはファブリ・ペロー干渉計、STは蓄積型オシ
ロスコープである。
In this Figure 8, LP is a linear polarizing plate and PD is a PIN.
A photodiode, VA a video amplifier, O8 an oscilloscope, SA a spectrum analyzer, PH a pinhole, FPI a Fabry-Perot interferometer, and ST a storage oscilloscope.

(1)θ=0°の場合 第9図は、θ=0°に設定した場合の実験結果を示す図
である。
(1) When θ=0° FIG. 9 is a diagram showing experimental results when θ=0°.

上段には典型的な縦モード配置を、中段および下段には
その縦モード位置でのビートスペクトルおよびビート波
形を示しである。なお、直線偏光板LPは、固有偏光方
位C1とのなす角度が45゜に設定されている。
The upper row shows a typical longitudinal mode arrangement, and the middle and lower rows show the beat spectrum and beat waveform at the longitudinal mode position. Note that the angle between the linear polarizing plate LP and the intrinsic polarization direction C1 is set to 45 degrees.

この第9図から理解されるように、横磁界を印加すると
、ゼロ磁界の場合に比べ縦モード数が1本減って2〜3
モードで発振している。
As can be understood from Fig. 9, when a transverse magnetic field is applied, the number of longitudinal modes decreases by one to 2 to 3 compared to the case of zero magnetic field.
oscillating in mode.

一方、ビートスペクトルは、5QkHz近傍に、縦モー
ド数に対応した本数だけ現われた。ただし、3モ一ド発
振の場合、第9図(C)の両端の縦モード強度が弱いの
で、ビートスペクトルは中央の縦モードに対応するもの
が主になり、あたかも1本のように見える。直線偏光板
LPを回転しその方位を固有偏光方位C3またはC2に
一致させるとビートスペクトルは消失した。
On the other hand, the number of beat spectra corresponding to the number of longitudinal modes appeared near 5QkHz. However, in the case of three-mode oscillation, the intensity of the longitudinal mode at both ends of FIG. 9(C) is weak, so the beat spectrum mainly corresponds to the longitudinal mode in the center, and it looks as if it were one line. The beat spectrum disappeared when the linear polarizing plate LP was rotated to match its orientation with the intrinsic polarization orientation C3 or C2.

また、固有偏光方位CIとのなす角度を45°に設定し
た直線偏光板LPを介してファブリ・ペロー干渉計FP
Iで縦モードを観測すると、各縦モードに振幅変調が見
られ、直線偏光板LPを、固を偏光方位CIまたはC2
に平行にするとその変調波形が消失した。ただし、この
場合、縦モードそのものは消失しなかった。
In addition, the Fabry-Perot interferometer FP is
When longitudinal modes are observed with I, amplitude modulation is seen in each longitudinal mode, and the polarization direction of the linear polarizer LP is fixed to CI or C2.
When parallel to , the modulation waveform disappeared. However, in this case, the vertical mode itself did not disappear.

以上の実験結果より、これらのビートスペクトルはσお
よびπ遷移に起因する同−縦モード内ゼーマンビートと
考えることができる。
From the above experimental results, these beat spectra can be considered to be Zeeman beats within the longitudinal mode caused by σ and π transitions.

また、第9図から理解されるように、低周波側縦モード
には低周波側ビートスペクトルが対応している。そして
、縦モードが利得幅内を動くとき、ビート周波数の変化
は数kHz以下であった。なお、第9図の下段のビート
波形は、中段のビートスペクトルの合成として説明でき
るものである。
Further, as understood from FIG. 9, the low frequency side longitudinal mode corresponds to the low frequency side beat spectrum. When the longitudinal mode moved within the gain width, the change in beat frequency was several kHz or less. Note that the beat waveform in the lower row of FIG. 9 can be explained as a synthesis of the beat spectra in the middle row.

以上のようにθ=0°の場合には、同−縦モード内ゼー
マンビートが観察され、ゼロ磁界の場合よりも縦モード
数が1本減ったが単一縦モード化は達成できなかった。
As described above, when θ=0°, Zeeman beat within the same longitudinal mode was observed, and although the number of longitudinal modes was reduced by one compared to the case of zero magnetic field, a single longitudinal mode could not be achieved.

その原因としては、633nm遷移と比べた場合、下準
位のJ数の相違によるσ−π遷移間結合係数の相違、g
値の相違、ミラー品質の差(面内異方性の差)、共振器
長の差等が密接に関係すると考えられる。
This is due to the difference in the coupling coefficient between σ-π transitions due to the difference in the number of J in the lower level when compared with the 633 nm transition,
It is thought that differences in values, differences in mirror quality (differences in in-plane anisotropy), differences in resonator length, etc. are closely related.

なお、第9図(C)に示すように、3モ一ド発振の場合
には、中央の縦モードに発振が集中している傾向が見ら
れる。従って、レーザの励起強度を下げることによって
単一縦モード化を実現できる可能性がある。
Note that, as shown in FIG. 9(C), in the case of three-mode oscillation, there is a tendency for oscillation to concentrate in the central longitudinal mode. Therefore, it is possible to realize a single longitudinal mode by lowering the excitation intensity of the laser.

しかし、レーザの励起強度を下げると、単一縦モード化
は可能であるが、レーザ出力が非常に小さくなり、実用
化には不都合となる。
However, if the excitation intensity of the laser is lowered, although a single longitudinal mode is possible, the laser output becomes very small, which is inconvenient for practical use.

(2)θ≠0°の場合 次に、特性横磁界中で、ピーク光強度が弱い固有偏光方
位C1が横磁界方向と合致しない一般の角度の場合につ
いて調べた。
(2) Case of θ≠0° Next, we investigated the case where the characteristic polarization direction C1, where the peak light intensity is weak, is at a general angle that does not match the direction of the transverse magnetic field in the characteristic transverse magnetic field.

その結果、本発明者は、θがおよそ36゛ ±6゜の範
囲では2本から3本の縦モードで発振し、かつ、隣接す
る縦モードの偏光は常に直交直線偏光であり、利得幅内
を縦モードが移動する間は偏光反転の生じないことを見
い出した。なお、このとき直線偏光板LPをいずれの固
有偏光方位に設定しても縦モード内ゼーマンビートは観
測されなかうた0 第10図は、特性横磁界中でθ=33“に設定し直線偏
光板LPを用いずに縦モード観測した結果を示す図であ
る。同図から理解されるように2〜3モ一ド発振である
As a result, the present inventor found that in the range of θ approximately 36° ±6°, oscillation occurs in two to three longitudinal modes, and the polarization of adjacent longitudinal modes is always orthogonal linear polarization, and within the gain width. It was found that no polarization reversal occurs while the longitudinal mode moves. At this time, Zeeman beat in the longitudinal mode is not observed no matter which eigenpolarization direction the linear polarizer LP is set to. It is a figure which shows the result of longitudinal mode observation without using LP.As understood from the figure, it is 2-3 mode oscillation.

次に、ファブリ・ペロー干渉計FPrの前に直線偏光板
LPを挿入し、その方位をピーク光強度が弱い固有偏光
方位CIと合致させた状態でモード観測すると、第11
図(a)および(b)に示すように、隣接モードが消失
し、縦モード間層の2倍だけ離れた2本の縦モード発振
となった。
Next, when we insert a linear polarizing plate LP in front of the Fabry-Perot interferometer FPr and observe the mode with its orientation matching the intrinsic polarization orientation CI, where the peak light intensity is weak, we find that the 11th
As shown in Figures (a) and (b), the adjacent modes disappeared, resulting in two longitudinal mode oscillations separated by twice the longitudinal mode interlayer.

このとき直線偏光板LPを90゛回転すると、それまで
消失していた縦モードが現われ、逆にそれまで現われて
いた縦モードが消失した。すなわち、隣接縦モードが2
つの固有偏光方位に沿って直交直線偏光していること、
同−縦モード内ゼーマンビートが生じないことが確認で
きた。
At this time, when the linear polarizing plate LP was rotated by 90 degrees, the longitudinal mode that had disappeared until then appeared, and conversely, the longitudinal mode that had appeared until then disappeared. In other words, the adjacent longitudinal mode is 2
orthogonal linear polarization along two unique polarization directions;
It was confirmed that Zeeman beat did not occur in the longitudinal mode.

第12図は、共振器の熱膨張による一連のモードの動き
と偏光状態を模式的に示す図である。同図におイテ、(
a)−(b)−(C)−(d)−(e)−(f)を1サ
イクルとしてモード変化が繰り返される。
FIG. 12 is a diagram schematically showing the movement of a series of modes and the polarization state due to thermal expansion of the resonator. In the same figure, (
The mode change is repeated with a)-(b)-(C)-(d)-(e)-(f) as one cycle.

第13図は、ピーク光強度が弱い固有偏光方位Cの直線
偏光が単一縦モード発振となっている期間を、蓄積型オ
ンロスコープ上に記録した結果を示す図であり、単一モ
ード領域は、約591MHzであった。
FIG. 13 is a diagram showing the results of recording on an accumulation-type onroscope the period during which the linearly polarized light with the characteristic polarization direction C, where the peak light intensity is weak, is oscillated in a single longitudinal mode, and the single mode region is , approximately 591 MHz.

第14図は、レーザ出力を偏光ビームスプリッタPBS
を用いて固有偏光方位CIおよびC2の各方位の成分光
に分離し、その時間変化を同時記録した結果を示す図で
ある。なお、このとき、高反射ミラー側からの漏れ光を
検出して縦モードの動きも同時にモニタした。
Figure 14 shows how the laser output is transferred to the polarizing beam splitter PBS.
FIG. 3 is a diagram showing the results of separating component light into respective directions of intrinsic polarization directions CI and C2 using the method, and simultaneously recording their temporal changes. At this time, the movement in the longitudinal mode was also monitored at the same time by detecting leaked light from the high-reflection mirror side.

これにより、第14図のXおよび已に対応する領域以外
は各成分光が単一縦モードであることを確認した。従っ
て、第14図の直線的なスロープ部を利用すると、63
31m遷移の場合と同様に、543nm遷移においても
偏光反転を伴わずに2モード法による周波数安定化が可
能である。
As a result, it was confirmed that each component light was in a single longitudinal mode except for the regions corresponding to X and W in FIG. 14. Therefore, if we use the straight slope section in Fig. 14, 63
As in the case of the 31m transition, frequency stabilization using the two-mode method is possible for the 543 nm transition without polarization reversal.

この場合、T、フェルマンらの方法に比べ、横磁界を必
要とする不利があるが、偏光反転の発生を防止できるの
で周波数の安定化可能範囲が広がること、各固有偏光方
位成分のいずれもが単一縦モード発振する利点がある。
In this case, compared to the method of T. Ferman et al., it is disadvantageous in that it requires a transverse magnetic field, but since the occurrence of polarization reversal can be prevented, the range in which the frequency can be stabilized is widened, and each unique polarization direction component is It has the advantage of single longitudinal mode oscillation.

なお、θ≠0°で縦モード内ゼーマンビートが消失する
現象は、633nlTIHe=Neレーザにおいては既
に知られている。すなわち、ビートが消失する理由は、
同−縦モード内の発振がθ=0°の場合とは異なり完全
偏光化しているからである、と解されている。543n
m遷移においても同様の理由でビートが消失するものと
解することができる。
Note that the phenomenon in which the Zeeman beat in the longitudinal mode disappears when θ≠0° is already known in the 633nlTIHe=Ne laser. In other words, the reason why the beat disappears is
It is understood that this is because the oscillation in the longitudinal mode is completely polarized, unlike the case where θ=0°. 543n
It can be understood that the beat disappears in the m transition for the same reason.

すなわち、共振器ミラーのもつ複屈折異方性と磁界によ
りレーザ媒質に誘起された複屈折異方性とが、θを調節
することにより相殺されたと考えることにより、縦モー
ドの安全偏光化を十分に説明でき、またビート消失も十
分に説明できる。
In other words, by considering that the birefringence anisotropy of the resonator mirror and the birefringence anisotropy induced in the laser medium by the magnetic field are canceled out by adjusting θ, it is possible to sufficiently polarize the longitudinal mode safely. This can be fully explained, and the disappearance of the beat can also be fully explained.

第14図において八で示す領域は、周波数の安定化に利
用可能な別の領域である。この領域Aにおいて、固有偏
光方位C2の成分は利得幅のほぼ中央付近で出力に凹み
を生じ、かつ、単一縦モードで発振する。従って、ラム
デイツプ法と同様に共振器長を変調し、偏光ビームスプ
リッタPBSで固を偏光方位C2成分のみを取り出し位
相敏感検波し、これを誤差信号とすることによりレーザ
の発振周波数を凹みの中央部に安定化することが可能で
ある。
The area indicated by 8 in FIG. 14 is another area that can be used for frequency stabilization. In this region A, the component of the intrinsic polarization direction C2 causes a concavity in the output near the center of the gain width, and oscillates in a single longitudinal mode. Therefore, similarly to the Lamb dip method, the resonator length is modulated, the polarization beam splitter PBS extracts only the polarization direction C2 component, phase-sensitive detection is performed, and this is used as an error signal to change the laser oscillation frequency to the center of the depression. It is possible to stabilize the

次に、θ=33°の状態で、固有偏光方位C1およびC
2の各成分光が通過するように直線偏光板LPを設定し
てビートを観測したところ、第14図の点A、  Bお
よびX、 Yに対応する縦モード配置のとき、第15図
に示すように、100 MHzの近傍に単一ビートスペ
クトルが現われた。この第14図の点A、  Bおよび
X、 Yは、第12図(C)および(f)のモード配置
に対応する。すなわち、縦モードが3本を維持している
間このビートが現われ、その変化範囲がおよそ90MH
z〜100 MHzであった。
Next, with θ=33°, the intrinsic polarization directions C1 and C
When we set the linear polarizing plate LP so that each component light of 2 passes through and observed the beat, we found that when the longitudinal mode arrangement corresponds to points A, B, X, and Y in FIG. A single beat spectrum appeared near 100 MHz. Points A, B, X, and Y in FIG. 14 correspond to the mode configurations in FIGS. 12(C) and (f). In other words, this beat appears while the vertical mode maintains three lines, and its change range is approximately 90MH.
z~100 MHz.

そして、このビートの強度は、ピーク光強度が強い固有
偏光方位C2成分が中央の縦モードとなる場合、すなわ
ち、第14図の点A、  Bに対応するモード配置のと
きの方が、これと逆の場合に比べ4〜5倍程度大きかっ
た。
The intensity of this beat is higher when the central longitudinal mode is the characteristic polarization direction C2 component with a strong peak light intensity, that is, when the mode arrangement corresponds to points A and B in Fig. 14. It was about 4 to 5 times larger than the opposite case.

このビートが3モ一ド発振の場合しか生じないことから
考えると、θ=06の場合のゼーマンビートとは異なり
、3モ一ド発振時に生ずる2つの縦モード間隔間の差周
波スペクトルと考えられる。
Considering that this beat occurs only in the case of trimodal oscillation, it is different from the Zeeman beat in the case of θ = 06, and is considered to be a difference frequency spectrum between the two longitudinal mode intervals that occurs during trimodal oscillation. .

このビート特性も周波数の安定化の観点からは有用であ
る。例えば高反射ミラーからの漏れ光でこのビートを検
出し、周波数−電圧変換した出力によって共振器長をヒ
ータ等で制御することにより周波数の安定化が可能であ
る。
This beat characteristic is also useful from the viewpoint of frequency stabilization. For example, the frequency can be stabilized by detecting this beat using leakage light from a high-reflection mirror and controlling the resonator length using a heater or the like based on the frequency-voltage converted output.

この場合、出力ミラー側に直線偏光板LPや偏光ビーム
スプリッタPBSを配置することにより中央の縦モード
だけを選択的に取り出すことができる。この場合には、
定化法のような共振器長の変調が不要となる。
In this case, by arranging a linear polarizing plate LP or a polarizing beam splitter PBS on the output mirror side, only the central longitudinal mode can be selectively extracted. In this case,
Modulation of the resonator length as in the regularization method is not required.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、レーザ管
内にレーザ細管が配置された構造を有する内部ミラー型
ヘリウム・ネオンレーザ装置から発振される発振波長が
5431mのレーザにおいて、レーザ細管内に特定の静
磁界を印加して、隣接する縦モードの偏光方位を互いに
直交直線偏光としたので、偏光反転を有効に防止するこ
とができる。
As described above in detail, according to the present invention, in a laser having an oscillation wavelength of 5431 m that is emitted from an internal mirror type helium neon laser device having a structure in which a laser tube is arranged inside the laser tube, By applying a specific static magnetic field, the polarization directions of adjacent longitudinal modes are set to mutually orthogonal linear polarization, so that polarization reversal can be effectively prevented.

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

第1図は従来の543nmHe−Neレーザの縦モード
を示す図、第2図は静磁界の印加手段の一例を示す説明
図、第3図は静磁界を印加したときの縦モードの変化の
一例を示す図、第4図は静磁界を印加しない状態でファ
ブリ・ペロー干渉計を用いて観測した縦モードを示す図
、第5図は偏光反転が生じた後次の偏光反転が生ずる瞬
間までの固有偏光方位C1における縦モードの動きを蓄
積型オシロスコープで追跡した結果を示す図、第6図(
a)は第4図(a)、 (C)に相当するモード配置で
のビートの観測結果を示す図、第6図ら)は第4図(b
)に相当するモード配置でのビートの観測結果を示す図
、第7図は横磁界中でのNe 543nm遷移を示す説
明図、第8図はレーザの実験装置の概略を示す説明図、
第9図は特性横磁界中でθ=0°に設定したときの縦モ
ード配置、ビートスペクトルふよびビート波形を示す図
、第10図は特性横磁界中でθ=33°に設定し直線偏
光板を用いずに観測した縦モード配置を示す図、第11
図は直線偏光板を挿入しその方位を固有偏光方位C1に
合致させた状態で観測したときの縦モード配置を示す図
、第12図は共振器の熱膨張によるモードの動きと偏光
状態を示す図、第13図は固有偏光方位CIの直線偏光
が単一縦モード発振となっている期間を蓄積型オシロス
コープで記録した結果を示す図、第14図はレーザ出力
を偏光ビームスプリッタPBSを用いて固有偏光方位C
IおよびC2の各方位の成分光に分離し、その時間変化
を同時記録したときの結果を示す図、第15図は単一ビ
ートスペクトルが発生している状態を示す図である。 IO・・・レーザ管     11・・・レーザ細管2
0・・・マグネット C3・・・光強度が弱い固有偏光方位 C2・・・光強度が強い固有偏光方位 LP・・・直線偏光板 FD・・・PINフォトダイオード VA・・・ビデオアンプ  O8・・・オシロスコープ
SA・・・スペクトル分析器 PH・・・ピンホール FPI・・・ファブリ・ベロー干渉計 ST・・・蓄積型オシロスコープ 十 (C) (d) + 図 し1 (b) し−ザ届波数 +12 図 口 婁 (b) (C) (d) (e) (f) +13図 十 5図 5゜ (KHz)
Figure 1 is a diagram showing the longitudinal mode of a conventional 543 nm He-Ne laser, Figure 2 is an explanatory diagram showing an example of a means for applying a static magnetic field, and Figure 3 is an example of changes in the longitudinal mode when a static magnetic field is applied. Figure 4 is a diagram showing the longitudinal mode observed using a Fabry-Perot interferometer without applying a static magnetic field, and Figure 5 is a diagram showing the longitudinal mode observed after a polarization reversal occurs until the moment when the next polarization reversal occurs. Figure 6 (
a) is a diagram showing the observation results of beats in the mode arrangement corresponding to Figures 4(a) and (C);
), FIG. 7 is an explanatory diagram showing the Ne 543 nm transition in a transverse magnetic field, and FIG. 8 is an explanatory diagram showing the outline of the laser experimental setup.
Figure 9 shows the longitudinal mode arrangement, beat spectrum and beat waveform when θ = 0° in a characteristic transverse magnetic field, and Figure 10 shows linearly polarized light when θ = 33° in a characteristic transverse magnetic field. Diagram showing the longitudinal mode arrangement observed without using a plate, No. 11
The figure shows the longitudinal mode arrangement when observed with a linear polarizer inserted and its orientation matched to the intrinsic polarization direction C1. Figure 12 shows the mode movement and polarization state due to thermal expansion of the resonator. Figure 13 shows the results of recording the period during which the linearly polarized light with the intrinsic polarization direction CI is in single longitudinal mode oscillation using a storage oscilloscope. Intrinsic polarization direction C
FIG. 15 is a diagram showing the results of separating component lights in each direction of I and C2 and simultaneously recording their temporal changes. FIG. 15 is a diagram showing a state in which a single beat spectrum is generated. IO...Laser tube 11...Laser tube 2
0... Magnet C3... Inherent polarization direction C2 with weak light intensity... Inherent polarization direction LP with strong light intensity... Linear polarizing plate FD... PIN photodiode VA... Video amplifier O8...・Oscilloscope SA...Spectrum analyzer PH...Pinhole FPI...Fabry-Bello interferometer ST...Storage type oscilloscope +12 Figure 1 (b) (C) (d) (e) (f) +13 Figure 15 Figure 5゜ (KHz)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)レーザ管内にレーザ細管が配置された構造を有す
る内部ミラー型ヘリウム・ネオンレーザ装置から発振さ
れる発振波長が543nmのレーザの偏光反転の防止方
法であって、 前記レーザ細管内に下記条件[1]〜[3]を満足する
静磁界を印加して、発振波長が543nmのレーザの隣
接する縦モードの偏光方位を互いに直交直線偏光とする
ことを特徴とする偏光反転の防止方法。 条件[1] 静磁界の方向がレーザ細管の軸に垂直で、かつ、静磁界
の方向とレーザ管の固有偏光方位とのなす角が30〜4
2°であること。 条件[2] 静磁界の大きさが、当該静磁界を印加したときにπおよ
び±σ遷移間のゼーマン周波数と縦モード間隔とが等し
くなる大きさであること。 条件[3] 静磁界の大きさが、レーザ細管の長手方向に沿ってほぼ
一様であること。
(1) A method for preventing polarization reversal of a laser with an oscillation wavelength of 543 nm emitted from an internal mirror type helium-neon laser device having a structure in which a laser tube is arranged within the laser tube, the method comprising: A method for preventing polarization reversal, which comprises applying a static magnetic field that satisfies [1] to [3] so that the polarization directions of adjacent longitudinal modes of a laser having an oscillation wavelength of 543 nm are linearly polarized orthogonal to each other. Condition [1] The direction of the static magnetic field is perpendicular to the axis of the laser tube, and the angle between the direction of the static magnetic field and the intrinsic polarization direction of the laser tube is 30 to 4.
Must be 2°. Condition [2] The magnitude of the static magnetic field is such that the Zeeman frequency between π and ±σ transitions and the longitudinal mode interval are equal when the static magnetic field is applied. Condition [3] The magnitude of the static magnetic field is approximately uniform along the longitudinal direction of the laser tube.
JP23637488A 1988-09-22 1988-09-22 Method for preventing polarization inversion of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength Pending JPH0286179A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23637488A JPH0286179A (en) 1988-09-22 1988-09-22 Method for preventing polarization inversion of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength
US07/406,060 US5014278A (en) 1988-09-22 1989-09-12 Method for the frequency stabilization of internal mirror type helium-neon laser oscillating at wavelength of 543 nm
DE3931754A DE3931754A1 (en) 1988-09-22 1989-09-22 METHOD FOR STABILIZING THE FREQUENCY OF A HELIUM-NEON LASER REFLECTING IN ITS INTERIOR AT A WAVELENGTH OF 543 NM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23637488A JPH0286179A (en) 1988-09-22 1988-09-22 Method for preventing polarization inversion of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0286179A true JPH0286179A (en) 1990-03-27

Family

ID=16999846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23637488A Pending JPH0286179A (en) 1988-09-22 1988-09-22 Method for preventing polarization inversion of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0286179A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Smith et al. Fast-light enhancement of an optical cavity by polarization mode coupling
Vaupel et al. Observation of pattern formation in optical parametric oscillators
Wang et al. Polarization-entangled mode-locked photons from cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion
US5014278A (en) Method for the frequency stabilization of internal mirror type helium-neon laser oscillating at wavelength of 543 nm
US4590597A (en) Modulation transfer spectroscopy for stabilizing lasers
Cheo et al. Beat frequency between two traveling waves in a Fabry–Perot square cavity
JPH0286179A (en) Method for preventing polarization inversion of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength
Kervevan et al. Self-mixing laser Doppler velocimetry with a dual-polarization Yb: Er glass laser
Heine et al. Mode locking of room‐temperature cw thulium and holmium lasers
Kozuma et al. Frequency stabilization, linewidth reduction, and fine detuning of a semiconductor laser by using velocity‐selective optical pumping of atomic resonance line
JPH0286182A (en) Method for stabilizing frequency of internal mirror type he-ne laser having 543-nm oscillating frequency
JPH0286180A (en) Method for stabilizing frequency of internal mirror type he-ne laser having 543-nm oscillating wavelength
JPH0286181A (en) Method for stabilizing frequency of internal mirror type he-ne laser having 534-nm oscillating wavelength
US5995526A (en) Transverse Zeeman laser
Oram et al. Longitudinal mode separation tuning in 633 nm helium-neon lasers using induced cavity birefringence
Morimoto et al. Active mode locking of lasers using an electrooptic deflector
White Laser cavities with increased axial mode separation
Yasinskii Polarization dynamics in He-Ne ring laser
Hetherington et al. Properties of He-Ne ring lasers at 3.39 microns
du Burck et al. High-frequency modulation transfer technique for ultra-high resolution spectroscopy of I/sub 2
Bretenaker et al. One-and two-eigenstate stability domains in laser systems
Elbel et al. Optical pumping of helium-3 with a frequency electromodulated laser
Shulian et al. Tuning curves of 70 MHz frequency differences for HeNe standing-wave lasers
US5007060A (en) Linear laser with two-swept frequencies of controlled splitting
Ståhlberg et al. Modulation techniques in three-level laser spectroscopy of a neon discharge