JPH04192575A

JPH04192575A - 周波数掃引レーザ装置

Info

Publication number: JPH04192575A
Application number: JP32117290A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Okamoto; 達樹岡本; Akihiko Iwata; 明彦岩田; Yasutoshi Takeda; 保敏武田; Hiroshi Ito; 寛伊藤; Tadashi Fukami; 正深見; Shigeo Eguri; 成夫殖栗
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1992-07-10

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、レーザ光の発振スペクトルが照射対象粒子
（以下、単に照射対象という）の光吸収スペクトル幅を
覆うようにした周波数掃引レーザ装置に関し、特に発振
及び周波数掃引等の動作タイミング制御を容易にすると
共に構成を簡略化した周波数掃引レーザ装置に関するも
のである。

［従来の技術］一般に、色素レーザ媒質を用いたレーザ光は、可視領域
を中心とする前後の紫外領域及び近赤外領域で連続的に
波長を変更できるため、分光学の分野で用いられており
、例えば、照射対象が有する光の吸収を利用して、照射
対象の選択励起又は同位体分離等に用いられている。

又、照射対象の光吸収特性は、例えば第３図のように光
の周波数に対しである程度の幅を有しており、高効率な
選択励起を行うためには、照射対象の光吸収スペクトル
を十分に覆う発振スペクトルからなるレーザ光が要求さ
れる。

従来より、周波数掃引された色素レーザ光は、第３図の
ような照射対象の光吸収スペクトルを覆うことにより、
照射対象のエネルギ状態において断熱反転を作ることが
できるので、特に高効率な選択励起及び同位体分離がで
き、ウラン濃縮用等に用いられている。

第４図は、例えばバイク他（Ｐｉｋｅ　ｅｔ　ａｌ）に
よる米国特許筒４，６３６，２８７号明細書に記載され
た、従来の周波数掃引レーザ装置を示す構成図である。

図において、（１０）はレーザ光Ｌ１を放射するレーザ
発振器であり、例えばＣＷ（連続発振）タイプの色素レ
ーザ媒質（１１）と、色素レーザ媒質（１１）と同軸上
に配列された波長選択素子（１２）と、色素レーザ媒質
（１１）及び波長選択素子（１２）を両側から挟み込む
ように配置された全反射ミラー（１３）及び部分反射ミ
ラー（１４）とを備えている。

波長選択素子（１２）は、例えば、複屈折フィルタ、エ
タロン、回折格子等で構成されており、必要に応じて設
けられている。

（２０）はレーザ発振器（１０）を励起するための励起
レーザであり、例えばアルゴンレーザ等の励起レーザ光
ＬＯを色素レーザ媒質（１１）に放射するようになって
いる。

（３０）はレーザ発振器（１０）から放射されたレーザ
光Ｌ１の周波数を掃引するための周波数掃引手段であり
、レーザ光Ｌ１が通過するように配置された結晶（３１
）と、結晶（３１）に電気信号Ｅを印加するための電力
増幅器（３２）とを備えている。

結晶（３１）は、電気光学素子からなり、例えば、Ｌｉ
ＮｂＯ５、ＬｉＴａＯ３、ＫＤＰ、＾ＤＰ、　ＤＫＤＰ
、　ＤＡＤＰ等で構成されている。又、電力増幅器（３
２）は、半導体素子からなり直接スイッチングできるよ
うになっている。

（４０）は電力増幅器（３２）を駆動するための発振器
である。

（５０）は周波数掃引手段（３０）を介したレーザ光Ｌ
２を増幅するためのレーザ増幅手段であり、レーザ光Ｌ
２が通過するように配置された色素溶液等からなるレー
ザ増幅媒質（５１）と、レーザ増幅媒質（５１）を励起
するための増幅用励起源（５２）とを備えている。

増幅用励起源（５２）は、例えば、銅蒸気レーザ、エキ
シマレーザ、窒素レーザ、ＹＡＧレーザの高調波、又は
、フラッシュランプ等から構成されており、レーザ増幅
媒質（５１）を励起できるものなら何てもよい。Ｌ３は
周波数掃引され且つ増幅されて最終的に出力されるレー
ザ光である。

（６０）は発振器（４０）に接続されてレーザ光Ｌ２の
周波数掃引タイミングと同期をとるタイミング制御手段
即ち検波器である。

次に、第５図の周波数掃引動作を示す説明図を参照しな
がら、第４図に示した従来の周波数掃引レーザ装置の動
作について説明する。

レーザ発振器（１０）内の色素レーザ媒質（１１）は、
励起レーザ（２０）からの励起レーザ光ＬＯにより励起
され、波長選択素子（１２）、全反射ミラー（１３）及
び部分反射ミラー＜１４）により、単一の縦モードのス
ペクトルで発振する。

レーザ発振器（１０）から放射されたレーザ光Ｌ１は、
周波数掃引手段（３０）内の結晶（３１）を通過する。

このとき、結晶（３１）には、発振器（４０）の周波数
（例えば、数ｋＨｚ）で駆動される電力増幅器（３２）
により、電気信号Ｅが印加されているので、結晶（３１
）の屈折率が変化する。これにより、レーザ光Ｌ１は位
相変調を受けて、第５図の矢印のように周波数が掃引さ
れ、第３図の光吸収スペクトルを覆うようになる。この
ときの周波数掃引量は、結晶（３１）の大きさ、並びに
、電気信号Ｅの印加電圧の立ち上がり速度〈電力増幅器
（３２）の容量〉に比例する。

こうして周波数掃引されたレーザ光Ｌ２は、続いて、レ
ーザ増幅手段（５０）内のレーザ増幅媒質（５１）を通
過する。このとき、レーザ増幅媒質（５１）は増幅用励
起源（５２）により励起されており、増幅用励起源（５
２）は、発振器（４０）の周波数を検波した検波器（６
０）の出力で発光タイミングが制御されている。

従って、レーザ光Ｌ２は、周波数掃引と同期して、線形
掃引に近い部分がレーザ増幅媒質（５１）により増幅さ
れ、最終的にレーザ光Ｌ３となって出力される。

［発明が解決しようとする課題］従来の周波数掃引レーザ装置は以上のように、出力の小
さい連続発振形のレーザ光Ｌ１を増幅しているので、大
出力のレーザ光Ｌ３を得るためには、増幅用励起源（５
２）のための増幅電源等を多段に楕成しなければならず
、装置が大形化する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
たものて、パルス発振による高出力のレーザ光を放射す
ると共に、同一の発振器により発振及び位相変調等の動
作を同期させるタイミング制御手段を設けることにより
、タイミング制御を容易にすると共に増幅手段の小形化
を実現した周波数掃引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］この発明に係る周波数掃引レーザ装置は、パルス発振に
よるレーザ光を放射するレーザ発振器と、レーザ発振器
を励起するためのレーザ励起源と、レーザ光が通過する
ように配置された結晶を含み、結晶に電気信号を印加し
たときの位相変調によりレーザ光の周波数を掃引するた
めの周波数掃引手段と、レーザ励起源の動作タイミング
を制御する第１のタイミング制御手段と、励起タイミン
グと同期させて電気信号の印加タイミングを制御する第
２のタイミング制御手段と、第１及び第２のタイミング
制御手段を駆動するための発振器とを備えたものである
。

又、この発明の別の発明に係る周波数掃引レーザ装置は
、パルス発振によるレーザ光を放射するレーザ発振器と
、Ｑスイッチを含みレーザ発振器を励起するための励起
レーザと、レーザ光が通過するように配置された結晶を
含み、結晶に電気信号を印加したときの位相変調により
レーザ光の周波数を掃引するための周波数掃引手段と、
Ｑスイッチの動作タイミングを制御する第１のタイミン
グ制御手段と、Ｑスイッチの動作タイミングに同期させ
て電気信号の印加タイミングを制御する第２のタイミン
グ制御手段と、第１及び第２のタイミング制御手段を駆
動するための発振器とを備えたものである。

［作用］この発明においては、レーザ発振器をパルス発振させて
大出力のレーザ光を放射させると共に、レーザ光のパル
ス発振動作及び位相変調動作を、同一の発振器で駆動さ
れる第１及び第２のタイミング制御手段により同期させ
る。

又、この発明の別の発明においては、レーザ発振器をパ
ルス発振させて大出力のレーザ光を放射させると共に、
Ｑスイッチ動作及び位相変調動作を同一の発振器で駆動
される第１及び第２のタイミング制御手段により同期さ
せる。

［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
図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、（１０）
、（３０）〜（３２）、（４０）及び（５０）〜（５２
）は前述と同様のものである。

（２０Ａ）は励起レーザ（２０）に対応するレーザ励起
源であり、例えば、銅蒸気レーザ、エキシマレーザ、窒
素レーザ、ＹＡＧレーザの高調波、又は、フラッシュラ
ンプ等から構成され、レーザ発振器（１０）をパルス発
振させるようになっている。ここでは、レーザ励起源（
２０Ａ）が励起レーザであり、励起レーザ光ＬＯを放射
する場合を示している６（６１）〜（６３）は第１〜第
３のタイミング制御手段となる第１遅延回路〜第３遅延
回路であり、第１遅延回路（６１）はレーザ励起源（２
０Ａ）の動作タイミングを制御し、第２遅延回路（６２
）は励起タイミングと同期させて電気信号Ｅの印加タイ
ミングを制御し、第３遅延回路（６３ンはレーザ光Ｌ２
の増幅タイミングを制御するようになっている。

この場合、発振器（４０）は第１遅延回路（６１）〜第
３遅延回路を同期的に駆動しており、第３遅延回路（６
３）は前述の検波器（６０）に対応している。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

才ず、レーザ励起源（２０Ａ）は１発振器（４０）によ
り駆動される第１遅延回路（６１）の制御下で、励起レ
ーザ光ＬＯを放射してレーザ発振器（１０）をパルス発
振させる。これにより、レーザ発振器（１０）は、パル
ス発振により大出力となったレーザ光Ｌ１を、狭スペク
トル幅且つ単一縦モードで放射する。

一方、結晶（３１）には、前述と同様に発振器（４０）
の周波数によって動作する電力増幅器（３２）からの電
気信号Ｅが印加されており、結晶（３１）を通過するレ
ーザ光Ｌ１は、結晶（３１）の屈折率が変化することに
より位相変調を受け、例えば第５図の矢印のように周波
数が掃引される。

このとき、電力増幅器（３２）は、発振器（４０）によ
り駆動される第２遅延回路（６２）によってタイミング
制御されているのて、レーザ発振動作と同期をとること
ができる。

周波数掃引されたレーザ光Ｌ２は、増幅用励起源（５２
）により励起されたレーザ増幅媒質（５１）を通過して
増幅され、最終的なレーザ光Ｌ３となって放射される。

このとき、増幅用励起源（５２ン及びレーザ増幅媒質（
５１）によるレーザ光Ｌ２の増幅タイミングは、第３遅
延回路（６３）により、周波数掃引タイミングと同期す
るように制御される。

このように、第１遅延回路（６１）〜第３遅延回路（６
３）により、レーザ発振、周波数掃引及び増幅の各タイ
ミングが調整され、第５図のようにレーザ光Ｌ２の線形
掃引に近い部分を増幅することができる。

このとき、レーザ光Ｌ１が大出力であることから、増幅
用励起源（５２）の電源増幅段数は少なくて済み、装置
全体の小形化が実現する。又、レーザ光Ｌ１のパルス化
により、又、小形化された電源を用いて各動作タイミン
グを制御することにより、照射対象の光吸収スペクトル
を覆うレーザ光Ｌ３を放射し、照射対象のエネルギ状態
において断熱反転状態を作り出すことができる。

尚、上記実施例では、レーザ光Ｌ３の出力側にレーザ増
幅手段（５０）及び第３遅延回路（６３）を挿入したが
、特に増幅する必要がなければ省略することかでき、周
波数掃引されたレーザ光Ｌ２を直接出力してもよい。

次に、Ｑスイッチを用いてパルス発振による励起レーザ
光ＬＯを放射するようにした、この発明の別の発明の一
実施例について説明する。

第２図はこの発明の別の発明の一実施例を示す構成図で
あり、（２０Ｂ＞は励起レーザ光ＬＯを放射する励起レ
ーザである。

励起レーザ（２０Ｂ＞は、例えばＣＷ（連続発振）タイ
プのレーザ媒質（２１）と、レーザ媒質（２１）と同軸
上に配列されてレーザ光Ｌ１をパルス発振させるＱスイ
ッチ（２２）と、レーザ媒質（２１）及びＱスイッチ（
２２）を両側から挟み込むように配置された全反射ミラ
ー（２３）及び部分反射ミラー（２４）とを備えている
。励起レーザ（２０Ｂ）は、ＹＡＧレーザの高調波など
、Ｑスイッチ発振可能なレーザなら何でもよい。

この場合、第１遅延回路（６１）のタイミング制御下で
駆動されるＱスイッチ（２２）により、パルス発振され
た励起レーザ光ＬＯが生成され、これにより、レーザ発
振器（１０）は大出力のレーザ光Ｌ１を放射する。以下
、前述と同様にレーザ増幅手段（５０）を介し、最終的
なレーザ光Ｌ３となって放射される。

このとき、同一の発振器（４０）で駆動される各遅延回
路（６１）〜（６３）により、各タイミング制御は容易
に行われ、又、レーザ光Ｌ２の増幅段数も削減されて小
形化が実現する。

尚、レーザ増幅手段（５０）は、特に増幅する必要がな
ければ省略することができ、周波数掃引されたレーザ光
Ｌ２を直接出力してもよい。

［発明の効果コ以上のようにこの発明によれば、パルス発振によるレー
ザ光を放射するレーザ発振器と、レーザ発振器を励起す
るためのレーザ励起源と、レーザ光が通過するように配
置された結晶を含み、結晶に電気信号を印加したときの
位相変調によりレーザ光の周波数を掃引するための周波
数掃引手段とレーザ励起源の動作タイミングを制御する
第１のタイミング制御手段と、励起タイミングと同期さ
せて電気信号の印加タイミングを制御する第２のタイミ
ング制御手段と、第１及び第２のタイミング制御手段を
駆動するための発振器とを設け、レーザ発振器をパルス
発振させて大出力のレーザ光を放射させると共に、レー
ザ光のパルス発振動作及び位相変調動作を、同一の発振
器で駆動される第１及び第２のタイミング制御手段によ
り同期させるようにしたので、タイミング制御を容易に
すると共に増幅手段の小形化を実現した周波数掃引レー
ザ装置が得られる効果がある。

又、この発明の別の発明によれば、パルス発振によるレ
ーザ光を放射するレーザ発振器と、Ｑスイッチを含みレ
ーザ発振器を励起するための励起レーザと、レーザ光が
通過するように配置された結晶を含み、結晶に電気信号
を印加したときの位相変調によりレーザ光の周波数を掃
引するための周波数掃引手段と、Ｑスイッチの動作タイ
ミングを制御する第１のタイミング制御手段と、Ｑスイ
ッチの動作タイミングに同期させて電気信号の印加タイ
ミングを制御する第２のタイミング制御手段と、第１及
び第２のタイミング制御手段を駆動するための発振器と
を設け、レーザ発振器をパルス発振させて大出力のレー
ザ光を放射させると共に、Ｑスイッチ動作及び位相変調
動作を同一の発振器で駆動される第１及び第２のタイミ
ング制御手段により同期させるようにしたのて、タイミ
ング制御を容易にすると共に増幅手段の小形化を実現し
た周波数掃引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図はこ
の発明の別の発明の一実施例を示す構成図、第３図は一
般的な照射対象の光吸収スペクトルを示す説明図、第４
図は従来の周波数掃引レーザ装置を示す構成図、第５図
はレーザ光の従来の周波数掃引状態を示す説明図である
。（１０）・・・レーザ発振器　　（２０＾）・・・レー
ザ励起源（２０Ｂ＞・・・励起レーザ　　（２２）・・
Ｑスイッチ（３０）・・・周波数掃引手段　（３１）・
・・結晶（４０）・・・発振器　　　　　（５０）・・
・レーザ増幅手段（６１）・・・第１遅延回路（第１の
タイミング制御手段）（６２）・・・第２遅延回路（第
２のタイミング制御手段）（６３）・・・第３遅延回路
（第３のタイミング制御手段）Ｌｌ・・・レーザ光Ｌｌ・周波数掃引されたレーザ光Ｌ３・・・最終的に放射されるレーザ光Ｅ・・・電気信
号尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パルス発振によるレーザ光を放射するレーザ発振
器と、このレーザ発振器を励起するためのレーザ励起源と、前記レーザ光が通過するように配置された結晶を含み、
この結晶に電気信号を印加したときの位相変調により前
記レーザ光の周波数を掃引するための周波数掃引手段と
、前記レーザ励起源の動作タイミングを制御する第１のタ
イミング制御手段と、前記励起タイミングと同期させて前記電気信号の印加タ
イミングを制御する第２のタイミング制御手段と、前記第１及び第２のタイミング制御手段を駆動するため
の発振器と、を備えた周波数掃引レーザ装置。
（２）周波数掃引手段を介したレーザ光を増幅するため
のレーザ増幅手段と、前記周波数掃引タイミングと同期させて前記増幅タイミ
ングを制御する第３のタイミング制御手段と、を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
周波数掃引レーザ装置。
（３）パルス発振によるレーザ光を放射するレーザ発振
器と、Ｑスイッチを含み前記レーザ発振器を励起するための励
起レーザと、前記レーザ光が通過するように配置された結晶を含み、
この結晶に電気信号を印加したときの位相変調により前
記レーザ光の周波数を掃引するための周波数掃引手段と
、前記Ｑスイッチの動作タイミングを制御する第１のタイ
ミング制御手段と、前記Ｑスイッチの動作タイミングに同期させて前記電気
信号の印加タイミングを制御する第２のタイミング制御
手段と、前記第１及び第２のタイミング制御手段を駆動するため
の発振器と、を備えた周波数掃引レーザ装置。
（４）周波数掃引手段を介したレーザ光を増幅するため
のレーザ増幅手段と、前記周波数掃引タイミングと同期させて前記増幅タイミ
ングを制御する第３のタイミング制御手段と、を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
周波数掃引レーザ装置。