JPH04127488A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はレーザ装置、特にその発振波長の安定化に関す
るものである・ ［従来の技術］ エキシマレーザや半導体レーザ、色素レーザや一部の固
体レーザ等のレーザ装置では、レーザビームの発振波長
幅が広く、このレーザビームを用いて微細加工等を行う
際、レーザビームを集光するレンズによる色収差が問題
となる。したがって、上記のようなレーザ装置として、
光共振器内にエタロンを挿入することにより、レーザビ
ームの発振波長幅を狭くし、単色光に近いレーザビーム
をこの提案されたレーザ装置は、特開平１−２０５４８
８号公報に示されている。第８図は、このレーザ装置の
構成を示すものである。図において、（１）は光共振器
であり、レーザ媒質（２）、全反射鏡（３）及び部分反
射６Ｎ（４）より構成されている。　（５）は光共振器
（１）内に配され、レーザビームの波長をおおまかに選
択する粗調用エタロン、　（６）は光共振器（１）内に
配され、レーザビームの波長が決定される微調用エタロ
ンであり、上記エタロンには、第９図に示されるような
構造のものがあり、ギャップ（ｄ）を介して、２枚の透
明基板（５ａ）が平行に対向配置され、その対向面に反
射コーティングが施された反射面（５ｂ）が形成された
ものであって、上記ギャップ間距離（ｄ）あるいはレー
ザビームに対するエタロンの角度を変えることにより、
エタロンを通過するレーザビームの中心透過波長を変え
ることができるものである。また、　（７）は粗調用エ
タロン（５）及び微調用エタロン（６）によって挟帯域
化され、光共振器（１）外へ出力されるレーザビーム、
　（９）はこのレーザビーム（７）の−部が部分反射鏡
（８）を介して導かれ、この導かれた光より干渉縞を検
出する第１の干渉縞検出器であり、第１０図に示される
ように、干渉縞を形成する光を弱めたり、拡散させたり
するインテグレータ（１０）、エタロン（１１）、およ
びレンズ（１２）と、光の集まる位置を観測する撮像素
子（１３）と、画像処理部（１４）より構成されている
。　（１５）は上記干渉縞が所定の発振波長を持つレー
ザビームの基準干渉縞になるように微調用エタロン（６
）のギャップ長（ｄ）あるいは角度を変えることにより
微調用エタロン（６）の透過できる波長を変える第１の
エタロン制御機構である。　（１６）は粗調用エタロン
（５）のみて分光される光を入射する光源、　（１８）
はこの光源（１６）からの光で、この光（１８）は集光
レンズ（１７）により集光され、粗調用エタロン（５）
に入射する。　（２０）は上記光源（１６）からの光（
１８）が粗調用エタロン（５）を通過した後、反射鏡（
１９）を介して導かれ、この導かれた光より生じる干渉
縞を検出する第２の干渉縞検出器で、第１０図に示され
るように、干渉縞を形成するレンズ（２１）と光の集ま
る位置を観測する撮像素子（２２）、画像処理部（２３
）より構成される。また、この第２の干渉縞検出器（２
０）で形成される干渉縞は、粗調用エタロン（５）のみ
で分光したものである。　（２４）はこの第２の干渉縞
検出器における干渉縞が所定のレーザビームの発振波長
に対応する干渉縞になるように。

粗調用エタロン（５）のギャップ長（ｄ）あるいは角度
を変えることによって、粗調用エタロン（５）の透過で
きる波長を変える第２のエタロン制御機構、　（２５）
は粗調用、あるいは微調用エタロン（５）、　（６）の
制御の要否や優先性を選択する選択制御機構である。

次に動作について説明する。このようなレーザ装置にお
いては、通常、レーザ媒質（２）より発生した光は、全
反射鏡（３）と部分反射鏡（４）からなる光共振器（１
）内を何度も往復しているされる。そして、上記説明し
たようなレーザ装置には、光共振器（１）内に粗調用、
及び微調用エタロン（５）（６）が挿入されているので
、発振波長幅が狭く、単色光に近いレーザビーム（７）
を得ることができる。

ここで、粗調用及び微調用エタロン（５）（６）の２枚
のエタロンを光共振器（１）に挿入した場合、レーザ発
振幅が狭く成ることについて説明する。第１１図はレー
ザ発振波長幅が狭くなる原理を示した図で、第１１図（
ａ）は粗調用エタロン（５）の分光特性を示す。この分
光特性のそれぞれの山のピークの位置である中心透過波
長λ劉１は下記（１）式で示される。

（ここで、ｎｌはエタロンを構成する２枚の鏡面の間に
ある物質の屈折率、ｄｌは鏡面の間の距離、θ１はエタ
ロンに入射するときの角度、ｍｌは整数である。幾つか
あるピークはこのｍ＋の違いに対この式から明らかなよ
うに、ｎ＋、　　ｄ＋、　　θｓ　を変えることによっ
て、山のピーク波長を自由に変えることができる。一方
、ピークとピーク間は自由スペクトル領域（以下、ＦＳ
Ｒと略す）と呼ばれ、下記（２）式で示される。

２ｎ＋ｄ＋Ｑ］Ｓ　θ１ また、それぞれのピークの半値幅Δλ１は下記（３）式
で示される。

（ここで、Ｆはフィネスと呼び、エタロンの性能により
決まるものである。） 一方、第１１図（Ｃ）はレーザ媒質（２）のゲインの分
光特性を示すものである。光共振器（１）内にエタロン
が存在しなければ、このゲインが存在する範囲内で光は
増幅されるため、発振波長幅が広いレーザビームとなる
。その際、粗調用エタロン（５）のピーク位置λＩＩＩ
をゲインが存在する範囲のどこかの波長大のに等しく成
るように、しかもゲインが存在する波長内に入側以外の
他のピークがこないように、ｄｌ等を設定すれは、粗調
用エタロン（５）の存在により、λＢのところだけ、ロ
スが少ない状態が実現し、その波長付近でのみ、光は増
幅され、発振波長幅が狭くなったレーザビームが発振さ
れる。

ところで、ゲインが存在する波長内にピークが１つだけ
になるようにすると、ＦＳＲ＋　の最低値は決まり、ま
た、フィネスＦはエタロンの性能により決まり、せいぜ
い２０程度であるから、（３）式より粗調用エタロン（
５）のみで、レーザビームの発振波長幅を狭くするには
限度がある。そこで、もう１個の微調用エタロン（６）
を用いることになる。この微調用エタロン（６）の分光
特性は、ピーク波長λｍ２をλのに等しくし、ＦＳＲ２
はＦＳＲ２＞Δλ１となるようにし、例えば第１１図（
ｂ）に示されるようになる。

このようにして、もともと第１１［ｍ（ｃ）のような分
光特性であったレーザビームは２個のエタロンを用いる
ことにより、第１１図（ｄ）に示すようにそれぞれのエ
タロンのピークが重なるようにλＢを中心とした狭い範
囲でのみ発振することになる。実際には、発振中にエタ
ロンを何度も通るか、ら、レーザビームの発振波長幅は
、２個のエタロンにより決まる波長幅の１／２〜１／１
０となる。

ざらに、レーザビームの発振波長幅を狭くしたいときに
は、さらにもう１個のエタロンを用いれば良い。

さて、以上のようにしてレーザビームの発振波長幅を狭
くできるが、発振後レーザビームがエタロンを通過する
ときに発熱力ｆ生じ、この発熱によってエタロンが第１
２図に示されるーように変形する。この変形はエタロン
の特性を劣化させるほどではないが、エタロンのギャッ
プ長ｄを変え、その結果、中心透過波長をシフトさせる
という問題が生じる。この問題を第１３図を用いて説明
する。

第１３図（ａ）は粗調用エタロン（５）の分光特性を拡
大したものであり、図において実線は発振直後の分光特
性であり、点線は波長がシフトしたときの分光特性を示
す。シフト量とエタロンの変形によるｄの変化の間には
下記（４）式の関係がある。

λｍ Δλ＝　　　　　　Δｄ　　　　　　　・・　　（４）
ここで、波長シフトの方向は、エタロンの構造等により
決まり、特定のエタロンを用いれは、レーザビームによ
る発熱によって一方向にシフトする。一方、微調用エタ
ロン（６）もまた、同様に波長シフトが生じ、第１３図
（ｂ）に示すようになる。しかし、微調用エタロン（６
）のギャップ長は、粗調用エタロン（５）より大きいの
で、微調用エタロン（６）の波長シフト量は、粗調用エ
タロン（５）の波長シフト量より小さくなり、２個のエ
タロン（５）（６）の中心透過波長λａｌｌとλｌ１１
２にずれが生じるため、両方を重ねたときの光透過量は
、中心透過波長大■１とλ−２が等しい場合に比べて減
少する。その際のレーザビーム発振の様子を第１３図（
ｃ）に示す。従って、長時前発振した後では、レーザビ
ームは、発振波長がλ１からλＩ１２にシフトすると共
に、出力も低下し、さらにシフト量が大きい場合には、
エタロンの他のモードが発振されることもある。

したがって、上記第８図に示したものにおいては、以下
のようなレーザビームの波長安定化のための制御が行わ
れている。すなわち、レーザビーム（７）の一部が反射
鏡（８）によって、第１の干渉縞検出器（９）に導かれ
る。この第１の干渉縞検出器（９）内に導かれた光は、
インテグレータ（１０）（第１０図）により生じた発散
成分のうち、特定の入射角（θ）を持つもののみがエタ
ロン（１１）を通過し、結像レンズ（１２）にいたる。

そして、このレンズ（１２）の焦点距離をｆとすれば、
θの成分を持つ光は、焦点位置においてレンズ軸よりｆ
・θ離れたところに集まり、円形の干渉縞を形成する。

そこで撮像素子（１３）により光の集まる位置を観測し
、画像処理部（１４）で解析すれば、入射角度（θ）が
求まり、現在発振されているレーザビームの波長が計算
できる。レーザビームの波長には、微調用エタロン（６
）のみで決まる透過波長成分があられれるので、第１の
エタロンの制御機構（１５）を通じて、微調用エタロン
（６）のレーザビームに対する角度あるいはギャップ長
（ｄ）等を調整し、微調用エタロン（６）の中心透過波
長を所定の波長とすることによってレーザビームの発振
波長は所定の波長となる。

一方、粗調用エタロン（５）の制御は、次のように行わ
れる。光源（１６）からの光は、粗調用エタロン（５）
に入射され、特定の入射角度成分をもつ波長のみが選択
され、微調用エタロン（６）ではそのまま通過する。そ
して、この光源の光の波長で高い反射率をもつ反射鏡（
１９）で反射され、第２の干渉縞検出器（２０）に導か
れる。この干渉縞検出器（２０）に導かれた光は、レン
ズ（２１）（第１０図）により集光され、粗調用エタン
（５）のみで分光された光で形成された円形の干渉縞が
生じる。そこで、撮像素子（２２）によって、光の集ま
る位置を観測し、画像処理部（２３）で解析することに
より、粗調用エタロン（５）の中心透過波長が求まり、
第２のエタロン制御機構（２４）を通じて、粗調用エタ
ロン（５）の角度あるいはギャップ長ｄを調整し、粗調
用エタロン（５）の中心透過波長が所定の波長に制御さ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ 第１４図は粗調用エタロン（５）の反射面（５ｂ）の反
射率と干渉縞の光強度の関係を説明するための図であり
、反射率が小さい場合には、光強度変化の割合が小さい
ため撮像素子（２２）により干渉縞を読み取りにくく、
干渉縞による制御が難しい。

したがって、このように構成されたレーザ装置では、上
記で述べたように粗調用エタロン（５）の制御を行うに
あたっては、光源（１６）の波長に対する粗調用エタロ
ン（５）の反射面（５ｂ）の反射率を大きくしなければ
、第２の干渉縞検出器より充分な信号は得られず、誤動
作を起こすこともあった。

しかしながら、エタロンの反射面（５ｂ）の反射率を大
きくしようとすると、例えばエタロンの反射面（５ｂ）
を構成する反射膜の膜数を増やさねばならず、エタロン
の製作が困難になる。また、反射率を大きくすると、そ
れに伴って、吸収率も増加するので、エタロンの耐光強
度が低くなるという問題も発生する。

本発明は上記した問題を解決するためなされたものであ
って、波長及び出力の安定したレーザビームを発振させ
ることができる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］ 本発明に係わるレーザ装置は、透過波長幅の異なる第１
、第２のエタロンを光共振器内に有するレーザ発振器、
このレーザ発振器より出力されるレーザビームの発振波
長を測定する測定手段、この測定手段により測定された
レーザビームの発振波長が所定の波長となるように透過
波長幅の狭い第１のエタロンを制御し、透過波長を調整
する第１の制御手段、及び上記測定手段により測定され
たレーザビームの発振波長と所定の波長とのずれに基づ
いて第２のエタロンを制御し、透過波長を調整する第２
の制御手段を備えたものである。

さらに、本発明の別の発明に係わるレーザ装置は、透過
波長幅の異なる第１、第２のエタロンを光共振器内に有
するレーザ発振器、このレーザ発振器より出力されるレ
ーザビームの発振波長を測定する波長測定手段、この波
長測定手段により測定されたレーザビームの発振波長が
所定の波長になるように透過波長幅の狭い第１のエタロ
ンを制御し、透過波長を調整する第１の制御手段、第２
のエタロンからの反射光の光強度分布を測定する反射光
測定手段、及びこの反射光測定手段の測定結果にもとづ
いて第２のエタロンを制御する第２の制御手段を備えた
ものである。

［作用］ 本発明のように構成されたレーザ装置においては、レー
ザビームの発振波長が測定手段によって測定され、第１
の制御手段が、このレーザビームの発振波長に基づいて
透過波長幅の狭い第１のエタロンの透過波長を制御せし
め、レーザビームを所定波長とし、第２の制御手段が、
前記レーザビームの発振波長と所定の波長のずれに基づ
いて、第２のエタロンの透過できる波長を制御せしめる
ことにより、エタロンの反射率に間係なく、エタロンの
透過波長を調整して、狭帯域のレーザビームを安定して
出力せしめるように働く。

また、本発明の別の発明に係わるレーザ装置においては
、第２のエタロンの制御において干渉縞を用いず、エタ
ロンからの反射光の強度分布をみて制御を行なうため、
反射率の高い反射膜を用いなくとも制御が行えるため、
波長及び出力が安定した狭帯域のレーザビームが効率よ
く得られる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について説明する。第１図は本
発明の一実施例のレーザ装置の構成図で、図において、
　（２６）は干渉縞検出器（９）で検出されたレーザビ
ームの発振波長の所定の波長からのずれより、粗調用エ
タロン（５）の中心透過波長のずれを求める演算手段、
　（２７）はこの演算手段（２６）からの出力に基づい
て粗調用エタロン（５）のギャップ長（ｄ）、封入圧力
、或いはレーザビームに対する角度（θ）を変えること
によって、粗調用エタロン（５）の透過できる波長を変
える制御手段である。

上記のように構成されたレーザ装置においては、従来例
で示したものと同様に光共振器（１）内の光がこの光共
振器（１）内を何度も往復している閏に増幅され、粗調
用エタロン（５）及び微調用エタロン（６）によって波
長が選択され、発振波長幅が狭く、単色光に近いレーザ
ビームが得られる。

そして、上記のように構成されたレーザ装置においても
、レーザビームの安定化のために、次のようなエタロン
の制御が行われている。

このエタロンの制御方法について説明する。微調用エタ
ロン（６）の制御方法については、上記説明した従来例
と同様に、レーザビーム（７）の一部が部分反射鏡（８
）により干渉縞検出器（９）に導かれ、この干渉縞検出
器（９）内で円形の干渉縞が形成される。そこで、撮像
素子（１３）により光の集まる位置が観測され、画像処
理部（１４）で解析され、現在発振されているレーザビ
ーム（７）の発振波長が求められる。このため、制御機
構（１５）を通じて、微調用エタロン（６）のギャップ
長（ｄ）又はレーザビームに対する角度を変化させ、微
調用エタロン（６）の中心透過波長を所定の波長に制御
することにより、レーザビーム（７）の発振波長は所定
の波長となる。

次に、粗調用エタロン（５）について説明する。

上記説明のように干渉縞検出器（９）で測定されたレー
ザビームの発振波長は、演算手段（２６）に出力され、
この演算手段（２６）内で所定の波長からのレーザビー
ムの発振波長のずれが求められ・　粗調用エタロン（５
）の中心透過波長のずれが求められる。このずれがＯと
なるように第２の制御手段（２７）を通じて、粗調用エ
タロン（５）の封入圧力やギャップ長（ｄ）或いはレー
ザビームに対する角度を調整することによって、粗調用
エタロン（５）の中心透過波長を所定の波長に保つこと
ができる。　　さらに、・この粗調用エタロン（５）の
制御方法について、詳細に説明する。発明者は、レーザ
ビームの出力の時閉とレーザビームの発振波長の所定波
長からのずれについて検討した。そして、レーザビーム
の出力時閉とレーザビームの発振波長のずれの関係は、
第２図に示されるように、レーザビームの発振波長は、
レーザビームの発振開始とともに、所定の波長よりずれ
、発振停止後は所定の波長に戻るという振る舞いを繰り
返し、でたらめにずれるのではないことがわかった。こ
の現象は第１２図に示されるように、エタロンをレーザ
ビームが通過するとき、エタロンを構成する基板（５ａ
）が発生する熱によって、凸レンズのように変形するた
めに、ｌｌ調用エタロン（６）及び粗調用エタロン（５
）のギャップ長（ｄ）が変化し、微調用エタロン（６）
及び粗調用エタロン（５）の中心透過波長が変化するこ
とによって生じる。このとき生じる粗調用エタロン（５
）の中心透過波長のずれをΔλ１、ギャップ長の変化を
Δｄ１とすると、この関係は下記（５）式に示される。

Δ入１　／λ＝Δｄ＋／ｄ＋　　　　　・・　　（５）
また、粗調用エタロン（５）のＦＳＲ＋は下記（６）式
のように示されるので、波長のずれは下記（７）式に書
き換えられる。

Δλ１　＝Δｄ＋−ＦｓＲ＋／入　　・・　　（７）ま
た、微調用エタロン（６）の波長のずれをΔ入２とする
と、下記（８）式で示される。

Δ入２　＝Δｄ２　・ＦＳＲ２／λ　　・・　　（８）
ここで、ギャップ長の変化Δｄは、エタロンを構成する
基板のサイズ、物理定数、レーザビームの出力により決
まるものであり、２つのエタロンの基板を同じ設計によ
り製作すれば、粗調用エタロン（５）とＶ＆調期用エタ
ロン６）のギャップ長の変化ΔｄｌとΔｄ２は等しくな
り、粗調用エタロン（５）の中心透過波長のずれΔλ１
は、下記（９）式に書き換えられる。

Δλ１：　（Ｆ　Ｓ　Ｒ＋／　Ｆ　Ｓ　Ｒ２）・Δλ２
・・・（９）上記（９）式に示されるように、微調用エ
タロン（６）の中心透過波長のずれを観測すれば、粗調
用エタロン（５）と微調用エタロン（６）のＦＳＲの比
より、粗調用エタロン（５）の中心透過波長のずれが推
定できる。つまり、レーザビームの発振波長は、微調用
エタロン（６）の中心透過波長にのみ依存するので、干
渉縞検出器（９）でレーザビームの発振波長を測定する
ことは、微調用エタロン（６）の中心透過波長を測定す
ることに相当し、演算手段（２６）に出力される。そし
て、この演算手段（２６）内で、このレーザビームの発
振波長の所定の波長からのずれが求められ、このレーザ
ビームの波長のずれが、微調用エタロン（６）の中心透
過波長のずれに相当する。そして、上記（９）式に基づ
いて粗調用エタロン（５）の中心透過波長のずれが求め
られる。このずれが０となるように、第２の制御手段（
２７）を介して、粗調用エタロン（５）のギャップ長（
ｄ）、封入圧力またはレーザビームに対する角度を調整
することによって、粗調用エタロン（５）の中心透過波
長は所定の波長となる。

また、レーザビームの出力を継続すると、３１１２図に
示されるようにエタロンに熱歪みが発生することになり
、第２図に示されるようにレーザビームの発振波長が所
定波長よりずれることになる。

このエタロンの中心透過波長のずれは特定方向にずれる
ものであるので、レーザビームの発振開始と同時に粗調
用エタロン（５）及びＩｌｌ詞用エタロン（６）の制御
手段（１５）（２７）によってエタロンの中心透過波長
を予め予測されている方向にずらし始めることによって
、最大出力が得られるまでにかかる制御の時閉を短くで
きる。

また、この実施例では、粗調用エタロン（５）及び微調
用エタロン（６）を構成する基板のサイズ、及び物理定
数等が等しい場合について説明したが、これらが異なる
場合には、微調用エタロン（６）と粗調用エタロン（５
）のギャップ長の変化（Δｄ２）と（Δｄ２）が異なる
ことになるが、適当な補正係数を上記（９）式に掛ける
ことによって、レーザビームの発振波長より粗調用エタ
ロン（６）の中心透過波長のずれを推定することができ
るので、この中心透過波長は所定の波長に調整すること
ができる。

また、本発明の他の実施例のレーザ装置を以下に説明す
る。このレーザ装置では、熱歪み以外の要因によって生
じる粗調用エタロン（５）の中心透過波長のずれを調整
できるようにしたものである。第３図は、この実施例の
レーザ装置の構成図を示すものであって、図において、
　（２９）は光共振器（１）より出力されるレーザビー
ム（７）の一部が第２の部分反射鏡（２８）を介して導
かれ、この導かれた光によりレーザビームの出力を検出
するパワーモニタ機構であり、レーザビームの出力を測
定する部分と、得られたレーザビームの出力を記録する
部分で構成され、粗調用エタロン（５）をどちらかの方
向に制御したときレーザビームの出力が増加するか、減
少するかを判定し、次にいかに粗調用エタロン（５）を
制御するか判定するものである。　（３０）はこのパワ
ーモニタ機構（２９）と演算手段（２６）からの信号の
要否や優先性を制御する選択制御機構である。

このように構成されたレーザ装置においても、上記実施
例と同様に、粗調用エタロン（５）及びＶ＆調用エタロ
ン（６）によって、波長が選択され、狭帯域のレーザビ
ームが出力される。そして、上記実施例で説明したよう
にレーザビーム発振後、粗調用エタロン（５）及び微調
用エタロン（６）の中心透過波長の制御が行われ、その
後、放電が安定したときに、選択制御機構（３０）を切
り換え、パワーモニタ機構（２９）によりレーザビーム
の出力（Ｐ８）を測定し、その結果を記録する。

次いで粗調用エタロン（５）の中心透過波長をわずかに
ずらせて、レーザビームの出力（Ｐ）を測定し、前回の
測定結果（Ｐ＠）と比較して、出力が異なる場合には、
ｐ＞Ｐ＠かＰ　＜　Ｐ　ｌ！により、制御手段（２７）
を通じて粗調用エタロン（５）を調整する。この作業は
、レーザビームの出力が最大値を示すまで繰り返して行
われる。この結果、所定の波長にて安定した出力のレー
ザビームが出力されることになる。

この点について、さらに詳細に説明する。粗調用エタロ
ン（５）及び微調用エタロン（６）は、レーザビームの
熱による一時的な基板（５ａ）の歪みにより、ギャップ
長が変化し、−時的に中心透過波長が変化するだけでな
く、長期間の使用によりエタロンのギャップ長が永久に
変化したり、振動等によって固定位置がずれることによ
っても、中心透過波長がずれることとなる。しかも、こ
のずれは、−時的なものでなく永久的で、かつ２個のエ
タロン（５）（６）に同期して生じるものでもない。こ
のような場合には、レーザビームが発振する前より、粗
調用エタロン（５）及び微調用エタロン（６）の中心透
過波長にずれが生じているので、上記実施例で説明した
ように上記（９）に基づいてエタロンの熱歪による中心
透過波長を調整しても、粗調用エタロン（５）と微調用
エタロン（６）の中心透過波長が異なることとなるため
に、レーザビームの出力が低下する。しかしながら、こ
の実施例においては、微調用エタロン（６）の制御をレ
ーザビームの発振波長に基づいて仁枳ルフ／ｌ＋１−Ｐ
Ｌ−Ｌ１９％口■萱　転１λわ出ンーｊｚ翼壮巨のずれ
が生じても、微調用エタロン（６）の中心透過波長は所
定波長となるように制御されることになり、このために
何ら問題はない。一方、粗調用エタロン（５）の制御は
、レーザビームの発振波長のずれから、粗調用エタロン
（５）の中心透過波長のずれを推定し、制御するもので
あるので、上記したように元となる中心透過波長がずれ
ると、制御した後においても、粗調用エタロン（５）の
中心透過波長と微調用エタロン（６）の中心透過波長は
異なることとなるが、パワーモニタ機構（２９）を用い
て、粗調用エタロン（５）の中心透過波長を振り、レー
ザビームの出力が最大となるように粗調用エタロン（５
）の中心透過波長をさらに制御することによって、粗調
用エタロン（５）と微調用エタロン（６）の中心透過波
長を一致させることができる。以後、粗調用エタロン（
５）の制御には、この中心透過波長のずれを考慮したう
えて、　（９）式によって、制御されることとなる。し
たがって、このレーザ装置は、上記第１図＾出ル飽＾１
　」神見しＵ＋蝕ψプし　紬不１戸トるエタロンの中心
透過波長のずれだけでなく、他の要因によるエタロンの
中心透過波長のずれも調整できるので、さらに安定した
レーザビームを発生させることができる。

また、この発明のさらに他の実施例について、以下説明
する。このレーザ装置が上記実施例と異なる点は、熱歪
み以外の要因の粗調用エタロン（５）の中心透過波長の
ずれをレーザビームの出力により調整するのではなく、
特願平２−４１５８５号明細書に記載された方法によっ
てレーザ出力前に調整することである。第４図はこの実
施例のし−ザ装置の構成を示すものであって、図におい
て、　（３１）は全反射鏡（３）を介して粗調用エタロ
ン（５）に対向配置された光源で、光共振器（１）から
発振するレーザビームと異なる、波長６３３ｎｍのヘリ
ウム−ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザなどの安定した波長
を有するものが用いられている。また、このとき全反射
鏡（３）は、このＨｅ−Ｎｅレーザの波長に対して十分
透過するようなコーティングが施されている。　（３２
）は光ｆｉ（３１）と全反射鏡（３）間に配され、上記
光源（３］）より出射された光（３３）を２方向に分割
するビームスプリッタ、　（３４）はこのビムスブリッ
タ（３２）により分割された光（３３ｂ）の方向を変え
るためのミラーである。　（３５ａ）は光源（３１）か
らビームスプリッタ（３２）、粗調用エタロン（５）を
介して入射された光強度を検出する第１の光検出器、　
（３５ｂ）は光源（３１）からビームスプリッタ（３２
）、ミラー（３４）、粗調用エタロン（５）を介して入
射された光強度を検出する第２の光検出器で、粗調用エ
タロン（５）の中心透過波長が所定波長のとき、第１の
光検出器（３５ａ）との出力差、つまり光強度の差が０
となるように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（３１）及びミラー（
３４）が配されている。　（３６）は第１の光検出器（
３５ａ）及び第２の光検出器（３５ｂ）からの信号を処
理する処理装置である。

このように構成されたレーザ装置においても、上記説明
した実施例と同様に、粗調用エタロン（５）及び微調用
エタロン（６）によって波長か選択され、狭帯域のレー
ザビームが出力される。そして、レーザビーム発振後、
粗調用エタロン（５）及び微調用エタロン（６）の中心
透過波長の制御が上記実施例で説明したように行われる
。さらに、この実施例のレーザ装置においては、粗調用
エタロン（５）の永久歪みや固定位置からのずれを、レ
ーザ出力休止中に上記光検出器（３５ａ）（３５ｂ）か
らの反射光強度変化によって調整する。

このレーザ出力休止中の粗調用エタロン（５）の制御方
法について、第５図に基づいて説明する。

第５図は第１の光検出器（３５ａ）と第２の光検出器（
３５ｂ）の出力の関係を示す図である。まず、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ（３１）が出力され、粗調用エタロン（５）に
照射される。このＨｅ−Ｎｅレーザビーム（３３）は、
ビームスプリッタ（３２）によって２方向に分割され、
ビームスブリツタ（３２）を通過したＨｅ−Ｎｅレーザ
ビーム（３３ａ）の一部が全反射鏡（３）を通過し、粗
調用エタロン（５）の反射面（５ｂ）によって反射され
る。この反射された光の強度が、第１の光検出器（３５
ａ）によって検出される。一方、ビームスプリッタ（３
２）によって分割された一部のＨｅ−Ｎｅレーザビーム
（３３ｂ）は、ミラー（３４）により方向が変えられ、
粗調用エタロン（５）の反射面（５ｂ）により反射され
るとともに、この反射された光強度が第２の光検出器（
３５ｂ）によって、検出される。これら第１の光検出器
（３５ａ）及び第２の光検出器（３５ｂ）により測定さ
れる反射光強度は、第５図に示されるように粗調用エタ
ロン（５）の中心透過波長の変化に依存するので、この
反射光強度を観測することによってエタロンの中心透過
波長を検出できる。そして、第２の光検出器（３５ｂ）
の出力は、第１の光検出器（３５ａ）出力と粗調用エタ
ロン（５）に入射する角度が異なるために第５図に示す
ように、第１の光検出器（３５ａ）の出力に対してシフ
トした形状となる。第５図中、第１の光検出器（３５ａ
）と第２の光検出器（３５ｂ）の出力差計−古鎮諌ア千
−１ｈ丁！八ス−笛１の埠鰺中晃ｒ３５ａ）及び第２の
光検出器（３５ｂ）の出力が、処理装置（３６）に導か
れ、この出力差がＯとなるように、粗調用エタロン（５
）の封入圧力やギャップ長（ｄ）或いはレーザビームに
対する角度を調整することによって粗調用エタロン（５
）の中心透過波長を所定の波長とすることができる。

また、上記説明したし一ザ休止中の粗調用エタロン（５
）の制御方法は、レーザ発振中にも用いることができる
が、他の光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ（３１）からの反
射光を用いるため、この光源の光が変化した場合等では
、誤差を生しることとなる。したがって、レーザビーム
（７）発振後は、発振したレーザビーム（７）の所定波
長のずれから粗調用エタロン（５）を制御する方法に切
り替えることによって、さらに精度よく制御することが
できる。

また、上記説明したように、この実施例においては、レ
ーザビームの出力前に、熱歪み以外の要因による中心透
過波長のずれを調整しておき、さらに、レーザ出力後に
は、レーザビームの出力から検出した粗調用エタロン（
５）のずれを調整するので、第２図に示した実施例より
短時閑て所定の波長の安定したレーザビームが得られる
。

第６図（ａ）は本発明のさらに他の実施例を示すレーザ
装置であり、第６図（ａ）において、微調用エタロン（
６）は干渉縞検出器（９）の測定結果を基に制御され、
レーザの発振波長を所定の波長に保つ。一方、粗調用エ
タロン（５）は、このエタロンからの反射光（３７）を
反射光測定手段（３８）により観測し、その結果をエタ
ロン制御手段（２７）におくり制御される。第７図は制
御の原理を示したもので、２個のエタロンが同調してい
るときに粗調用エタロンの角度ずれを０とすると角度ず
れが大きくなるに従って、出力が低下し、それとともに
反射光強度分布が変化する様子を示している。図では光
強度分布を等高線で現しているがＡで示す光強度分布の
弱いところに注目すると、２個のエタロンの同調がよい
ときは暗部Ａはビームの中央に出現する。この現象は以
下のように説明できる。レーザビームの広がりがまった
くないとすると、全ての光がエタロンを通過し、反射光
の強度は最低になるはずである。ところが、レーザビー
ムに広がりがあるためにレーザビームの一部は光軸に対
しである傾きを持つ。光軸方向に進む主たるビームに対
して２つのエタロンの同調をとったとすると、ビームの
周辺ではエタロンの同調がずれ、反射光強度が強くなる
。その結果、ビームの中央に暗部が出現する。ここで、
粗調エタロンの傾きを変えてゆくと主たるビームに対し
ては同調がずれるが、ビームの広がりの内には同調する
部所があり、その結果暗部が移動する。

このような光強度分布の変化を反射光測定手段（３８）
で検出する。反射光測定手段（３８）としてはイメージ
センサ（第６図（ｂ））や２分割光検出器（第６図（Ｃ
））を用いればよい。検出された結果を解析装置（３９
）で判定し、暗部Ａの位置が中央になるように粗調用エ
タロン（５）を制御する。この方法によれは、暗部の出
現位置がビームのどこと７８４＃）　ｌ：上り伽１淵方
向やおよその制弾量を瞬時に判定できる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば測定手段によって測定さ
れたレーザビームの発振波長が、所定波長となるように
第１のエタロンの透過波長を制御するとともに、測定さ
れたレーザビームの発振波長の、所定波長からのずれに
基づいて、第２のエタロンの透過波長を制御する構成と
したので、エタロンの反射率に関係なく、エタロンの透
過波長を調整でき、波長及び出力が安定した狭帯域のレ
ーザビームを発振させることが可能なレーザ装置が得ら
れるという効果を有する。

また、本発明の別の発明にによれば、測定手段によって
測定されたレーザビームの発振波長が所定の波長になる
ように第１のエタロンの透過波長を制御するとともに、
第２のエタロンからの反射光の光強度分布を測定し、こ
の測定結果にもとづいて第２のエタロンを制御する構成
としたので、エタロンの反射率を大きくしなくても、エ
タロンｎ講惠艙しカ咽館τキ　鎗［Ｉド中力が害宇しか
狭帯域のレーザビームを発娠させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレーザ装置を示す構成
図、第２図はレーザ出力時間とエタロンの中心透過波長
のずれとの関係を説明するための説明図、第３図は本発
明の他の実施例によるレーザ装置を示す構成図、第４図
は本発明のさらに他の実施例によるレーザ装置を示す構
成図、第５図は第１の光検出器と第２の光検出器の出力
関係を示す説明図、第６図（ａ）は本発明のさらに他の
実施例によるレーザ装置を示す構成図、第６図（ｂ）（
ｃ）は各々本発明の他の実施例に係わる反射光測定手段
を示す構成図、第７図は本発明の他の実施例によるレー
ザ装置の制御の原理を示す説明図、第８図は従来のレー
ザ装置を示す構成図、第９図はエタロンの構成図、第１
０図は干渉縞検出器を説明する説明図、第１１図（ａ）
（ｂ）（ｃ）（ｄ）は各々複数個のエタロンによりレー
ザビームが狭帯域化されることを説明する説明図、第１
２図はレーザビームによるエタロンの歪みを説明する説
明図、第１３図（ａ）（ｂ）（ｃ）は各々エタロンの波
長シフトに基づきレーザ出力が低下することを説明する
説明図、及び第１４図はエタロンの反射面の反射率と干
渉縞の関係を説明する説明図である。 図において、　（１）は光共振器、　（５）は第２のエ
タロン、　（６）は第１のエタロン、　（９）は測定手
段、　（１５）は第１の制御手段、　（２６）は演算手
段、　（２７）は第２の制御手段、（３８）は反射光測
定手段である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）透過波長幅の異なる第１、第２のエタロンを光共
   振器内に有するレーザ発振器、このレーザ発振器より出
   力されるレーザビームの発振波長を測定する測定手段、
   この測定手段により測定されたレーザビームの発振波長
   が所定の波長となるように透過波長幅の狭い第１のエタ
   ロンを制御し、透過波長を調整する第１の制御手段、及
   び上記測定手段により測定されたレーザビームの発振波
   長と所定の波長とのずれに基づいて第２のエタロンを制
   御し、透過波長を調整する第２の制御手段を備えたレー
   ザ装置。
2. （２）透過波長幅の異なる第１、第２のエタロンを光共
   振器内に有するレーザ発振器、このレーザ発振器より出
   力されるレーザビームの発振波長を測定する波長測定手
   段、この波長測定手段により測定されたレーザビームの
   発振波長が所定の波長になるように透過波長幅の狭い第
   １のエタロンを制御し、透過波長を調整する第１の制御
   手段、第２のエタロンからの反射光の光強度分布を測定
   する反射光測定手段、及びこの反射光測定手段の測定結
   果にもとづいて第２のエタロンを制御する第２の制御手
   段を備えたレーザ装置。