JPH05160495A - レーザ共振器長を変更する方法及び装置 - Google Patents
レーザ共振器長を変更する方法及び装置Info
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- JPH05160495A JPH05160495A JP4143525A JP14352592A JPH05160495A JP H05160495 A JPH05160495 A JP H05160495A JP 4143525 A JP4143525 A JP 4143525A JP 14352592 A JP14352592 A JP 14352592A JP H05160495 A JPH05160495 A JP H05160495A
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- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08018—Mode suppression
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- H01S3/08036—Single-mode emission using intracavity dispersive, polarising or birefringent elements
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Abstract
(57)【要約】
【構成】レーザ共振器４のレーザ共振器長の組をつくる
べくレーザ共振器長を任意的又は規則的に変化させる手
段８、２２と、この組に対応する伝播方向サンプル値の
組をつくるべく各レーザ共振器長ごとのレーザビーム６
（或いは１６）の伝播方向をサンプリングする手段１８
（或いは１８′）と、伝播方向サンプル値の組について
の平均値である平均伝播方向を定める手段２０と、レー
ザビーム６を安定した単一縦モードに固定すべくレーザ
ビーム６の伝播方向を平均伝播方向に相当する方向に維
持する手段２０等とを備えているレーザシステムのレー
ザ共振器長を変更する装置である。 【効果】レーザ共振器長を自動的に調節してレーザビー
ムの縦モードの特性を検出し、単一縦モード稼働を維持
することができる。
べくレーザ共振器長を任意的又は規則的に変化させる手
段８、２２と、この組に対応する伝播方向サンプル値の
組をつくるべく各レーザ共振器長ごとのレーザビーム６
（或いは１６）の伝播方向をサンプリングする手段１８
（或いは１８′）と、伝播方向サンプル値の組について
の平均値である平均伝播方向を定める手段２０と、レー
ザビーム６を安定した単一縦モードに固定すべくレーザ
ビーム６の伝播方向を平均伝播方向に相当する方向に維
持する手段２０等とを備えているレーザシステムのレー
ザ共振器長を変更する装置である。 【効果】レーザ共振器長を自動的に調節してレーザビー
ムの縦モードの特性を検出し、単一縦モード稼働を維持
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ出力特性の自動
制御に関し、特に広範囲の所定稼働周波数において単一
縦モード（ＳＬＭ）レーザ稼働を達成しかつ維持するよ
うなレーザ共振器長の自動的な初期化及び配列のための
方法及び装置に関する。
制御に関し、特に広範囲の所定稼働周波数において単一
縦モード（ＳＬＭ）レーザ稼働を達成しかつ維持するよ
うなレーザ共振器長の自動的な初期化及び配列のための
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザの稼働周波数及びその出力周波数
のバンド幅を制御することについて、多くの先行技術が
存在している。レーザ稼働周波数及びその出力の周波数
分布を制御するものとして、２つの明白に異なった物理
現象がある。まず、最初の現象は、光がプリズムを通過
するときや格子で反射するときの波の伝播（wavelength
pointing ）の角度変化のような分散、すなわち、伝播
偏光（pointing polarization ）を変更する他のさまざ
まな技術、すなわち、波長の関数としての位相に依存す
るものである。第二の現象は、レーザ発振空洞内の往復
の長さが波長の整数倍であるときの波長（ｎλ＝２Ｌ；
ｎは整数、λは波長、Ｌはレーザ発振共振器長を表すも
のとする）に相当する周波数での有効な発振を制限する
というレーザ発振器の特性である。
のバンド幅を制御することについて、多くの先行技術が
存在している。レーザ稼働周波数及びその出力の周波数
分布を制御するものとして、２つの明白に異なった物理
現象がある。まず、最初の現象は、光がプリズムを通過
するときや格子で反射するときの波の伝播（wavelength
pointing ）の角度変化のような分散、すなわち、伝播
偏光（pointing polarization ）を変更する他のさまざ
まな技術、すなわち、波長の関数としての位相に依存す
るものである。第二の現象は、レーザ発振空洞内の往復
の長さが波長の整数倍であるときの波長（ｎλ＝２Ｌ；
ｎは整数、λは波長、Ｌはレーザ発振共振器長を表すも
のとする）に相当する周波数での有効な発振を制限する
というレーザ発振器の特性である。
【０００３】これらの現象は、波長の調節（同調）可能
なレーザにおいて共存している現象である。つまり、レ
ーザ出力はこれら２つの現象の複合として得られるもの
である。ここで、分散現象は位置的の又は誘導場の同調
により制御され、縦モード分布は共振器長のみの変化に
より制御される。
なレーザにおいて共存している現象である。つまり、レ
ーザ出力はこれら２つの現象の複合として得られるもの
である。ここで、分散現象は位置的の又は誘導場の同調
により制御され、縦モード分布は共振器長のみの変化に
より制御される。
【０００４】近年のレーザ技術の進展により、光学的な
波長分散素子（分散素子）を用いて単一縦モードを選択
することが可能になった。この従来技術によりＳＬＭ稼
働を得る手順は、まずレーザ空洞の光学的部品を配列
し、続いて波長範囲を選択する光学的な分散素子を配列
し、続いてレーザ共振器長を調節（調整）することを含
むものである。多くの場合、これらの調節等の作業は手
作業で行われ、装置の機械的精度は長期間にわたって配
列を維持することに依存する。
波長分散素子（分散素子）を用いて単一縦モードを選択
することが可能になった。この従来技術によりＳＬＭ稼
働を得る手順は、まずレーザ空洞の光学的部品を配列
し、続いて波長範囲を選択する光学的な分散素子を配列
し、続いてレーザ共振器長を調節（調整）することを含
むものである。多くの場合、これらの調節等の作業は手
作業で行われ、装置の機械的精度は長期間にわたって配
列を維持することに依存する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】レーザ共振器長の調節
は一般的には非常に微妙であり、そのために、共振器長
を一定値に維持することのできる何らかの能動的制御が
必要である。このことに関して、レーザ共振器長を所定
の値に固定するための多くの異なったフィードバックル
ープが能動的制御として存在する。これらのフィードバ
ックループは、エタロンフリンジ（etalon fringes）又
はビームポインティング（beam pointing）のようなレ
ーザ共振器長と関連する物理現象に依存する。また、分
散素子が含まれているレーザ空洞においては、レーザ出
力の伝播方向は縦モードの構造との関連が深い。
は一般的には非常に微妙であり、そのために、共振器長
を一定値に維持することのできる何らかの能動的制御が
必要である。このことに関して、レーザ共振器長を所定
の値に固定するための多くの異なったフィードバックル
ープが能動的制御として存在する。これらのフィードバ
ックループは、エタロンフリンジ（etalon fringes）又
はビームポインティング（beam pointing）のようなレ
ーザ共振器長と関連する物理現象に依存する。また、分
散素子が含まれているレーザ空洞においては、レーザ出
力の伝播方向は縦モードの構造との関連が深い。
【０００６】さらに、従来技術による単一縦モード稼働
を実現する手順は、手作業によるレーザ共振器長の調節
と、それに続く能動的フィードバックループの運転の実
行が必要である。この手作業による調節は、従来技術に
よるレーザ共振器長の調節には欠かせないものであっ
た。本発明は、レーザ共振器長を自動的に調節してレー
ザ出力の縦モードの特性を検出し、単一縦モード稼働を
維持する方法及び装置を提供することを目的とする。
を実現する手順は、手作業によるレーザ共振器長の調節
と、それに続く能動的フィードバックループの運転の実
行が必要である。この手作業による調節は、従来技術に
よるレーザ共振器長の調節には欠かせないものであっ
た。本発明は、レーザ共振器長を自動的に調節してレー
ザ出力の縦モードの特性を検出し、単一縦モード稼働を
維持する方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、共振器長を自
動的に調節してレーザ出力の縦モードの特性を検出し、
波長の変化をもたらす光学的な分散素子の調節をしてい
る間であっても、単一縦モード稼働を維持する方法及び
装置を備えるものである。また、出力レーザビームの伝
播方向は、レーザのモード特性を検出するためにも用い
られる。この検出されたモード特性を基にして、共振器
長が自動的にこの伝播方向における所望のジッター（ji
tter）を達成すべく変更させられる。さらに、レーザの
ＳＬＭ稼働の質は、レーザ共振器長の変化をレーザ出力
の伝播方向に関係付けることで検出される。
動的に調節してレーザ出力の縦モードの特性を検出し、
波長の変化をもたらす光学的な分散素子の調節をしてい
る間であっても、単一縦モード稼働を維持する方法及び
装置を備えるものである。また、出力レーザビームの伝
播方向は、レーザのモード特性を検出するためにも用い
られる。この検出されたモード特性を基にして、共振器
長が自動的にこの伝播方向における所望のジッター（ji
tter）を達成すべく変更させられる。さらに、レーザの
ＳＬＭ稼働の質は、レーザ共振器長の変化をレーザ出力
の伝播方向に関係付けることで検出される。
【０００８】好ましい具体例によると、レーザのＳＬＭ
稼働のための最適状態は、任意的に或いは規則的にレー
ザ共振器長を変化させて、それに対応するレーザ出力の
伝播方向の統計的な変化を決定することにより定められ
る。そして、統計的に最も小さなジッターを有するレー
ザ出力の平均伝播方向が、ＳＬＭ稼働のために最適な状
態であるとして選択される。また、ＳＬＭ稼働及びレー
ザ空洞配列の質は、レーザ出力の伝播方向に関する統計
から定められる。
稼働のための最適状態は、任意的に或いは規則的にレー
ザ共振器長を変化させて、それに対応するレーザ出力の
伝播方向の統計的な変化を決定することにより定められ
る。そして、統計的に最も小さなジッターを有するレー
ザ出力の平均伝播方向が、ＳＬＭ稼働のために最適な状
態であるとして選択される。また、ＳＬＭ稼働及びレー
ザ空洞配列の質は、レーザ出力の伝播方向に関する統計
から定められる。
【０００９】ひとつの観点によると、本発明は、レーザ
システム内の光学的な分散フィードバックシステムに関
連するレーザビームの伝播方向の変化に応答して上記レ
ーザシステムのレーザ共振器長を変更する方法であっ
て、レーザ共振器長の組をつくるべく上記レーザ共振器
長を変化させる段階と、上記レーザ共振器長の組に対応
する伝播方向サンプル値の組をつくるべく上記レーザ共
振器長の組に属する各レーザ共振器長ごとの上記レーザ
ビームの伝播方向をサンプリング（標本化）する段階
と、上記伝播方向サンプル値の組についての平均値であ
る平均伝播方向を定める段階と、上記レーザビームを安
定した単一縦モードに固定すべく上記レーザビームの伝
播方向を上記平均伝播方向に相当する方向に維持する段
階とを備えている。
システム内の光学的な分散フィードバックシステムに関
連するレーザビームの伝播方向の変化に応答して上記レ
ーザシステムのレーザ共振器長を変更する方法であっ
て、レーザ共振器長の組をつくるべく上記レーザ共振器
長を変化させる段階と、上記レーザ共振器長の組に対応
する伝播方向サンプル値の組をつくるべく上記レーザ共
振器長の組に属する各レーザ共振器長ごとの上記レーザ
ビームの伝播方向をサンプリング（標本化）する段階
と、上記伝播方向サンプル値の組についての平均値であ
る平均伝播方向を定める段階と、上記レーザビームを安
定した単一縦モードに固定すべく上記レーザビームの伝
播方向を上記平均伝播方向に相当する方向に維持する段
階とを備えている。
【００１０】さらに、もうひとつの観点によると、本発
明は、レーザシステム内の光学的な分散フィードバック
システムに関連するレーザビームの伝播方向の変化に応
答して上記レーザシステムのレーザ共振器長を変更する
装置であって、レーザ共振器長の組をつくるべく上記レ
ーザ共振器長を変化させる手段と、上記レーザ共振器長
の組に対応する伝播方向サンプル値の組をつくるべく上
記レーザ共振器長の組に属する各レーザ共振器長ごとの
上記レーザビームの伝播方向をサンプリングする手段
と、上記伝播方向サンプル値の組についての平均値であ
る平均伝播方向を定める手段と、上記レーザビームを安
定した単一縦モードに固定すべく上記レーザビームの伝
播方向を上記平均伝播方向に相当する方向に維持する手
段とを備えている。
明は、レーザシステム内の光学的な分散フィードバック
システムに関連するレーザビームの伝播方向の変化に応
答して上記レーザシステムのレーザ共振器長を変更する
装置であって、レーザ共振器長の組をつくるべく上記レ
ーザ共振器長を変化させる手段と、上記レーザ共振器長
の組に対応する伝播方向サンプル値の組をつくるべく上
記レーザ共振器長の組に属する各レーザ共振器長ごとの
上記レーザビームの伝播方向をサンプリングする手段
と、上記伝播方向サンプル値の組についての平均値であ
る平均伝播方向を定める手段と、上記レーザビームを安
定した単一縦モードに固定すべく上記レーザビームの伝
播方向を上記平均伝播方向に相当する方向に維持する手
段とを備えている。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明に係る装置の好適な具体例の
ブロック図である。レーザ共振器長の変更が自動化され
たＳＬＭレーザシステム２は、レーザ出力ビーム６を出
力するためのレーザ空洞４を備えている。レーザ空洞４
は、後方ミラー８、出力ミラー１０、ゲイン媒質１２及
び波長分散光学素子（以下、「分散素子」という）１４
を備えており、レーザ出力ビーム６と分散ビーム１６で
表されたレーザの出力の一部とについての波長と伝播方
向との所定の相関関係（correlation ）を提供する。分
散素子１４は、格子フィードバックミラーを有する回折
格子のような当業者にとって周知の素子を備えている。
ブロック図である。レーザ共振器長の変更が自動化され
たＳＬＭレーザシステム２は、レーザ出力ビーム６を出
力するためのレーザ空洞４を備えている。レーザ空洞４
は、後方ミラー８、出力ミラー１０、ゲイン媒質１２及
び波長分散光学素子（以下、「分散素子」という）１４
を備えており、レーザ出力ビーム６と分散ビーム１６で
表されたレーザの出力の一部とについての波長と伝播方
向との所定の相関関係（correlation ）を提供する。分
散素子１４は、格子フィードバックミラーを有する回折
格子のような当業者にとって周知の素子を備えている。
【００１２】レーザ出力ビーム６の伝播方向は伝播検出
器１８により検出される。或いは、その替わりに、分散
ビーム１６の伝播方向が破線で示された伝播検出器１
８′により検出される。さらに、後方ミラー８を通過す
るビームの漏れ、ゲイン媒質１２からのブリュスター反
射、又は、分散素子１４での反射若しくは光学漏れのよ
うなレーザシステム２のすべての他のレーザビームの伝
播方向（波長により変化するもの）が同様に測定されて
もよい。伝播検出器１８は、レーザ出力ビームの少なく
とも一部をサンプリングするための部分透過性のミラー
と共に単純な２個セル又は４個セルのフォト検出器のよ
うな当業者にとって周知の電−光アセンブリを備えるも
のであってよい。分散ビーム１６の伝播方向が測定され
るときであっても、伝播検出器１８′は単純な２個セル
又は４個セルのフォト検出器のみを備えるものであって
よい。伝播検出器１８（或いは１８′）は検出信号をＳ
ＬＭプロセッサ２０に供給する。ＳＬＭプロセッサ２０
は、本明細書において述べられるハードウェア及びソフ
トウェアのいずれかの結合を用いて本発明の方法に従っ
て演算を実行するアナログ／デジタル回路を備えている
ものであってもよい。
器１８により検出される。或いは、その替わりに、分散
ビーム１６の伝播方向が破線で示された伝播検出器１
８′により検出される。さらに、後方ミラー８を通過す
るビームの漏れ、ゲイン媒質１２からのブリュスター反
射、又は、分散素子１４での反射若しくは光学漏れのよ
うなレーザシステム２のすべての他のレーザビームの伝
播方向（波長により変化するもの）が同様に測定されて
もよい。伝播検出器１８は、レーザ出力ビームの少なく
とも一部をサンプリングするための部分透過性のミラー
と共に単純な２個セル又は４個セルのフォト検出器のよ
うな当業者にとって周知の電−光アセンブリを備えるも
のであってよい。分散ビーム１６の伝播方向が測定され
るときであっても、伝播検出器１８′は単純な２個セル
又は４個セルのフォト検出器のみを備えるものであって
よい。伝播検出器１８（或いは１８′）は検出信号をＳ
ＬＭプロセッサ２０に供給する。ＳＬＭプロセッサ２０
は、本明細書において述べられるハードウェア及びソフ
トウェアのいずれかの結合を用いて本発明の方法に従っ
て演算を実行するアナログ／デジタル回路を備えている
ものであってもよい。
【００１３】ＳＬＭプロセッサ２０は、レーザシステム
２内のレーザ空洞４の長さ（レーザ共振器長）の方向に
対する伝播角度θによって定義されているレーザ出力ビ
ームの伝播方向についての統計サンプル値を収集する。
ＳＬＭプロセッサ２０は、レーザ共振器長を定める素
子、たとえば後方ミラー８の位置を、後方ミラー８と機
械的に結合された位置変換器２２によって変化させる。
位置変換器２２は、所望の大きさの線形移動及び位置解
像度（positional resolution ）を提供する周知の電気
−機械的なポジショナーを備えるものであってよい。
２内のレーザ空洞４の長さ（レーザ共振器長）の方向に
対する伝播角度θによって定義されているレーザ出力ビ
ームの伝播方向についての統計サンプル値を収集する。
ＳＬＭプロセッサ２０は、レーザ共振器長を定める素
子、たとえば後方ミラー８の位置を、後方ミラー８と機
械的に結合された位置変換器２２によって変化させる。
位置変換器２２は、所望の大きさの線形移動及び位置解
像度（positional resolution ）を提供する周知の電気
−機械的なポジショナーを備えるものであってよい。
【００１４】後方ミラー８の位置は、任意的（randoml
y）に変えられることが好ましいが、規則的に変えられ
てもよい。ＳＬＭプロセッサ２０は、分散ビーム１６の
伝播方向をレーザ空洞４の長さの対応する変化の関数と
して決定すべく後方ミラー８の位置が変えられたとき、
伝播検出器１８からの検出信号をサンプリングする。Ｓ
ＬＭプロセッサ２０は、サンプリングされた検出信号か
ら決定される分散ビーム１６の伝播方向を統計的に解析
する。
y）に変えられることが好ましいが、規則的に変えられ
てもよい。ＳＬＭプロセッサ２０は、分散ビーム１６の
伝播方向をレーザ空洞４の長さの対応する変化の関数と
して決定すべく後方ミラー８の位置が変えられたとき、
伝播検出器１８からの検出信号をサンプリングする。Ｓ
ＬＭプロセッサ２０は、サンプリングされた検出信号か
ら決定される分散ビーム１６の伝播方向を統計的に解析
する。
【００１５】レーザ空洞４の長さが任意的に変えられる
とき、分散ビーム１６の伝播方向も同様に任意的に変化
する。伝播方向についてのこれらの値は好ましくはＳＬ
Ｍプロセッサ２０による統計的解析のために蓄えられ
る。ＳＬＭプロセッサ２０により実行された統計的解析
は、平均伝播方向θavg すなわち標準偏向（standard d
eviations ）や、分散ビーム１６の伝播方向の伝播角度
θとレーザ空洞４の長さとの相関関係のような、角度θ
とレーザ空洞４の長さとの一以上のいかなる周知の関係
を備えていてもよい。しかしながら、この統計的解析
は、レーザ空洞４の長さを自動的に決定するために、少
なくともθavg を定めることを備えていなければならな
い。
とき、分散ビーム１６の伝播方向も同様に任意的に変化
する。伝播方向についてのこれらの値は好ましくはＳＬ
Ｍプロセッサ２０による統計的解析のために蓄えられ
る。ＳＬＭプロセッサ２０により実行された統計的解析
は、平均伝播方向θavg すなわち標準偏向（standard d
eviations ）や、分散ビーム１６の伝播方向の伝播角度
θとレーザ空洞４の長さとの相関関係のような、角度θ
とレーザ空洞４の長さとの一以上のいかなる周知の関係
を備えていてもよい。しかしながら、この統計的解析
は、レーザ空洞４の長さを自動的に決定するために、少
なくともθavg を定めることを備えていなければならな
い。
【００１６】そして、ＳＬＭプロセッサ２０は、平均伝
播方向θavg と角度θの現在値とを比較し、その差に比
例して後方ミラー８の位置を変化させるように位置変換
器２２を作動させる。これにより、レーザ空洞４の長さ
が変化する。後方ミラー８の位置は、平均伝播方向θ
avg と角度θの最新測定値との差が無視できるようにな
るように変更させられる。このように、伝播検出器１８
（或いは１８′）と後方ミラー８との間のフィードバッ
クループは、ＳＬＭプロセッサ２０の制御の下、角度θ
の最新測定値が平均伝播方向θavg の値に自動的に固定
されるように設けられたものである。
播方向θavg と角度θの現在値とを比較し、その差に比
例して後方ミラー８の位置を変化させるように位置変換
器２２を作動させる。これにより、レーザ空洞４の長さ
が変化する。後方ミラー８の位置は、平均伝播方向θ
avg と角度θの最新測定値との差が無視できるようにな
るように変更させられる。このように、伝播検出器１８
（或いは１８′）と後方ミラー８との間のフィードバッ
クループは、ＳＬＭプロセッサ２０の制御の下、角度θ
の最新測定値が平均伝播方向θavg の値に自動的に固定
されるように設けられたものである。
【００１７】図２は、上述のような分散フィードバック
ループを有しているレーザシステム２に関し、ＳＬＭプ
ロセッサ２０によるフィードバック制御の下で波長λの
関数としてのレーザ空洞４のゲインをグラフ（以下、
「分散フィードバック曲線」という）により表すもので
ある。曲線２４がレーザ空洞４のゲインを表している。
破線２６により表されるレーザ発振しきい値のレベル
は、レーザ空洞４においてレーザ発振を始動させるため
に必要な最低ゲインを表している。
ループを有しているレーザシステム２に関し、ＳＬＭプ
ロセッサ２０によるフィードバック制御の下で波長λの
関数としてのレーザ空洞４のゲインをグラフ（以下、
「分散フィードバック曲線」という）により表すもので
ある。曲線２４がレーザ空洞４のゲインを表している。
破線２６により表されるレーザ発振しきい値のレベル
は、レーザ空洞４においてレーザ発振を始動させるため
に必要な最低ゲインを表している。
【００１８】図３は、ｎλ＝２Ｌという縦モード制約に
従った長さのレーザ空洞４において形成された縦モード
の相対振幅をグラフにより表すものである。曲線２８は
縦モードの相対振幅を表している。個所３０、３２、３
４及び３６は、それぞれ縦モードｎ−１、ｎ、ｎ＋１そ
してｎ＋２のときの最大値を表す個所である。以上に述
べたように、レーザ空洞４の長さは、図３の個所３０、
３２、３４及び３６で示されたような、縦モードについ
ての最大値の波長を定めるものである。これら最大値と
図２の曲線２４で表されるゲインとの組み合わせ（たた
き込み；convolution）が、レーザ出力ビーム６の分光
成分（spectral content）を特徴づけることになる。
従った長さのレーザ空洞４において形成された縦モード
の相対振幅をグラフにより表すものである。曲線２８は
縦モードの相対振幅を表している。個所３０、３２、３
４及び３６は、それぞれ縦モードｎ−１、ｎ、ｎ＋１そ
してｎ＋２のときの最大値を表す個所である。以上に述
べたように、レーザ空洞４の長さは、図３の個所３０、
３２、３４及び３６で示されたような、縦モードについ
ての最大値の波長を定めるものである。これら最大値と
図２の曲線２４で表されるゲインとの組み合わせ（たた
き込み；convolution）が、レーザ出力ビーム６の分光
成分（spectral content）を特徴づけることになる。
【００１９】図３の個所３０、３２、３４及び３６で示
されたような縦モードについての上記最大値での波長の
相異は、△λ＝λ2 ／２Ｌ（ここで、△λがモード間の
波長の相異を表す）という関係式により定められる。図
２と図３とを較べることにより、分散フィードバック曲
線のバンド幅が一般には縦モード間の波長の相異よりも
広いことが明白である。
されたような縦モードについての上記最大値での波長の
相異は、△λ＝λ2 ／２Ｌ（ここで、△λがモード間の
波長の相異を表す）という関係式により定められる。図
２と図３とを較べることにより、分散フィードバック曲
線のバンド幅が一般には縦モード間の波長の相異よりも
広いことが明白である。
【００２０】分散フィードバック曲線が破線２６のしき
い値以上である図２の曲線２４の波長範囲にレーザ空洞
４の縦モードの何れかの波長があるとき、レーザ出力ビ
ーム６はこの波長範囲にあるすべての縦モードを含む分
光成分（スペクトル成分）を有する。
い値以上である図２の曲線２４の波長範囲にレーザ空洞
４の縦モードの何れかの波長があるとき、レーザ出力ビ
ーム６はこの波長範囲にあるすべての縦モードを含む分
光成分（スペクトル成分）を有する。
【００２１】図４は、図２に示された分散フィードバッ
ク曲線のバンド幅と図３に示された縦モードの波長分布
との組み合わせによるレーザ出力ビーム６の分光成分を
表したものである。レーザ出力ビーム６の分光成分は、
分散フィードバック曲線が少なくとも破線２６で示され
たレーザ発振しきい値以上である波長範囲にある２つの
関数のたたき込みであることは着目すべきことである。
図４の曲線３８は、レーザ出力ビーム６の振幅を波長の
関数として表している。つまり、この場合、図３の個所
３２及び３４で表される縦モードｎ及びｎ＋１が、曲線
３８に沿った個所４０及び４２での極大として、ともに
レーザシステム２の出力ビーム６に含まれている。
ク曲線のバンド幅と図３に示された縦モードの波長分布
との組み合わせによるレーザ出力ビーム６の分光成分を
表したものである。レーザ出力ビーム６の分光成分は、
分散フィードバック曲線が少なくとも破線２６で示され
たレーザ発振しきい値以上である波長範囲にある２つの
関数のたたき込みであることは着目すべきことである。
図４の曲線３８は、レーザ出力ビーム６の振幅を波長の
関数として表している。つまり、この場合、図３の個所
３２及び３４で表される縦モードｎ及びｎ＋１が、曲線
３８に沿った個所４０及び４２での極大として、ともに
レーザシステム２の出力ビーム６に含まれている。
【００２２】分散素子１４は一般にはレーザシステム２
内の内部レーザ光を、 ｎλ／ｄ＝ sinθ1 −sin θ2 という関係式に従って分散する格子を備えている（ここ
で、λは波長、ｄは格子溝間の間隔、θ1 は出力ビーム
６の入力角、θ2 は分散ビーム１６の出力角を表してい
る）。より詳しくは、θ1 は格子に垂直な面に対するレ
ーザ出力ビーム６のなす角度であり、θ2 は格子に垂直
な面に対する分散ビーム１６のなす角度である。レーザ
システム２が同調されるとき、入力角θ1 及び出力角θ
2 の両方がレーザ出力ビーム６の波長に従って変化す
る。
内の内部レーザ光を、 ｎλ／ｄ＝ sinθ1 −sin θ2 という関係式に従って分散する格子を備えている（ここ
で、λは波長、ｄは格子溝間の間隔、θ1 は出力ビーム
６の入力角、θ2 は分散ビーム１６の出力角を表してい
る）。より詳しくは、θ1 は格子に垂直な面に対するレ
ーザ出力ビーム６のなす角度であり、θ2 は格子に垂直
な面に対する分散ビーム１６のなす角度である。レーザ
システム２が同調されるとき、入力角θ1 及び出力角θ
2 の両方がレーザ出力ビーム６の波長に従って変化す
る。
【００２３】図５〜７は、レーザ空洞４の長さとビーム
の伝播方向と縦モード間の波長の相異よりも広い範囲に
わたる分散フィードバック曲線のバンド幅の重なりとの
相関関係を表すものである。図５は、直線４８上の個所
５０、５２、５４及び５６でそれぞれ表されるレーザ空
洞４の縦モードの最大値ｎ−１、ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２
に対する、曲線４４で示される分散フィードバック曲線
のバンド幅、並びに、破線４６で示されるレーザ発振し
きい値レベルを示している。
の伝播方向と縦モード間の波長の相異よりも広い範囲に
わたる分散フィードバック曲線のバンド幅の重なりとの
相関関係を表すものである。図５は、直線４８上の個所
５０、５２、５４及び５６でそれぞれ表されるレーザ空
洞４の縦モードの最大値ｎ−１、ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２
に対する、曲線４４で示される分散フィードバック曲線
のバンド幅、並びに、破線４６で示されるレーザ発振し
きい値レベルを示している。
【００２４】図５は、縦モードの最大値ｎと分散フィー
ドバック曲線のピークとが個所５２で一致するときの長
さＬに、レーザ空洞４の長さが相当するときの状態を示
すものである。この場合、モードｎに隣接するモードｎ
−１及びｎ＋１は分散フィードバック曲線のピークから
充分に離間しており、そのため、個所５０及び５４で表
される最大値が破線４６で表されるレーザ発振しきい値
を超えることができない。つまり、レーザ出力ビーム６
は単一縦モードに相当する分光成分を有するものであ
る。
ドバック曲線のピークとが個所５２で一致するときの長
さＬに、レーザ空洞４の長さが相当するときの状態を示
すものである。この場合、モードｎに隣接するモードｎ
−１及びｎ＋１は分散フィードバック曲線のピークから
充分に離間しており、そのため、個所５０及び５４で表
される最大値が破線４６で表されるレーザ発振しきい値
を超えることができない。つまり、レーザ出力ビーム６
は単一縦モードに相当する分光成分を有するものであ
る。
【００２５】図６は、縦モードの最大値ｎ及びｎ＋１が
曲線５８で表される分散フィードバック曲線のピークに
対しその両側に対称にそれぞれ個所５２及び５４に配置
されるときの長さＬ＋△Ｌに、レーザ空洞４の長さが相
当するときの状態を示すものである。この場合、これら
モードｎ及びｎ＋１の両方の最大値が破線６０で表され
るレーザ発振しきい値を超え、そのため、レーザ出力ビ
ームはモードｎ及びｎ＋１の両方を備えるマルチモード
（ＭＭ）に対応する分光成分を有することになる。つま
り、レーザ空洞４の長さを変更することにより、その変
更が良いものでなければ、レーザシステム２は単一縦モ
ード稼働をしなくなる。
曲線５８で表される分散フィードバック曲線のピークに
対しその両側に対称にそれぞれ個所５２及び５４に配置
されるときの長さＬ＋△Ｌに、レーザ空洞４の長さが相
当するときの状態を示すものである。この場合、これら
モードｎ及びｎ＋１の両方の最大値が破線６０で表され
るレーザ発振しきい値を超え、そのため、レーザ出力ビ
ームはモードｎ及びｎ＋１の両方を備えるマルチモード
（ＭＭ）に対応する分光成分を有することになる。つま
り、レーザ空洞４の長さを変更することにより、その変
更が良いものでなければ、レーザシステム２は単一縦モ
ード稼働をしなくなる。
【００２６】図７は、縦モードの最大値ｎ＋１と曲線６
２で表される分散フィードバック曲線のピークとが個所
５４で一致するときの長さＬ＋２△Ｌに、レーザ空洞４
の長さが相当するときの状態を示すものである。この場
合、モードｎ＋１に隣接するモードｎ及びｎ＋２は分散
フィードバック曲線のピークから充分に離間しており、
そのため、個所５２及び５６で表される最大値が破線６
４で表されるレーザ発振しきい値を超えることができな
い。つまり、レーザ出力ビーム６は単一縦モードに相当
する分光成分を有するものである。
２で表される分散フィードバック曲線のピークとが個所
５４で一致するときの長さＬ＋２△Ｌに、レーザ空洞４
の長さが相当するときの状態を示すものである。この場
合、モードｎ＋１に隣接するモードｎ及びｎ＋２は分散
フィードバック曲線のピークから充分に離間しており、
そのため、個所５２及び５６で表される最大値が破線６
４で表されるレーザ発振しきい値を超えることができな
い。つまり、レーザ出力ビーム６は単一縦モードに相当
する分光成分を有するものである。
【００２７】以上に述べた図５〜７に示したレーザ空洞
４の長さの変更に関する３つの状態は、２Ｌ／λで表さ
れる理想（ideal ）伝播方向に対するモードｎ−１、
ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２の伝播方向にそれに応じた変更を
もたらす。図５〜７に示した状態について、そのモード
の伝播方向をそれぞれ図８〜１０に示す。
４の長さの変更に関する３つの状態は、２Ｌ／λで表さ
れる理想（ideal ）伝播方向に対するモードｎ−１、
ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２の伝播方向にそれに応じた変更を
もたらす。図５〜７に示した状態について、そのモード
の伝播方向をそれぞれ図８〜１０に示す。
【００２８】図８において、式２Ｌ／λで表される理想
伝播方向は、分散素子１４から延びるベクトル６６で表
されている。この場合レーザ空洞４の長さがＬであるの
で、縦モードｎの伝播方向はベクトル６６で表される方
向と同一である。分散素子１４に対する他のモードｎ−
１、ｎ＋１及びｎ＋２の伝播方向は、ベクトル６８、７
０及び７２でそれそれ表されている。
伝播方向は、分散素子１４から延びるベクトル６６で表
されている。この場合レーザ空洞４の長さがＬであるの
で、縦モードｎの伝播方向はベクトル６６で表される方
向と同一である。分散素子１４に対する他のモードｎ−
１、ｎ＋１及びｎ＋２の伝播方向は、ベクトル６８、７
０及び７２でそれそれ表されている。
【００２９】図９において、縦モードｎ−１、ｎ、ｎ＋
１及びｎ＋２に対応する分散素子１４からの伝播方向が
それぞれベクトル７４、７６、７８及び８０で表されて
いる。ベクトル６６で表されている理想伝播方向に対す
る関係は、レーザ空洞４の付加長さ△Ｌのために図８の
ものとは違ったものとなっている。つまり、２Ｌ／λに
対応する伝播方向を表現するベクトル６６は縦モードｎ
及びｎ＋１に相当するベクトル７６及び７８の中間にあ
って、図７のように縦モードｎに相当する方向と一致す
るものではない。
１及びｎ＋２に対応する分散素子１４からの伝播方向が
それぞれベクトル７４、７６、７８及び８０で表されて
いる。ベクトル６６で表されている理想伝播方向に対す
る関係は、レーザ空洞４の付加長さ△Ｌのために図８の
ものとは違ったものとなっている。つまり、２Ｌ／λに
対応する伝播方向を表現するベクトル６６は縦モードｎ
及びｎ＋１に相当するベクトル７６及び７８の中間にあ
って、図７のように縦モードｎに相当する方向と一致す
るものではない。
【００３０】図６に関して記述したように、この状態で
はｎ及びｎ＋１モードの両方でレーザ発振するマルチモ
ード稼働が起こる。この状態からレーザ空洞４の長さを
変えることはその長さを増やすか或いは減らすかに依存
して、稼働がｎ又はｎ＋１モードのどちらかでの単一モ
ード稼働に変更されることは着目すべきである。
はｎ及びｎ＋１モードの両方でレーザ発振するマルチモ
ード稼働が起こる。この状態からレーザ空洞４の長さを
変えることはその長さを増やすか或いは減らすかに依存
して、稼働がｎ又はｎ＋１モードのどちらかでの単一モ
ード稼働に変更されることは着目すべきである。
【００３１】つまり、この状態は、マルチモード稼働の
レーザ出力ビーム６が少なくとも２つの異なった単一モ
ードの何れかへレーザ空洞の全長のわずかな増加減少に
依存して変わるという傾向のために本質的に不安定なも
のである。図６及び図９を併せて参照すると、縦モード
ｎ及びｎ＋１のいかなる相対的な変更も分散フィードバ
ック曲線の反対側で起こる。レーザ空洞４の長さのわず
かな変更は、図５及び図８に示された状態では分散曲線
のピークでの傾斜が比較的小さいところに縦モードｎが
位置しているために、図５及び図８に示された状態にお
けるレーザ発振モードｎにおいてよりも、図６及び図９
に示された状態におけるレーザ発振モードｎ及びｎ＋１
においての分散フィードバック曲線の振幅の変化はより
大きいものとなる。
レーザ出力ビーム６が少なくとも２つの異なった単一モ
ードの何れかへレーザ空洞の全長のわずかな増加減少に
依存して変わるという傾向のために本質的に不安定なも
のである。図６及び図９を併せて参照すると、縦モード
ｎ及びｎ＋１のいかなる相対的な変更も分散フィードバ
ック曲線の反対側で起こる。レーザ空洞４の長さのわず
かな変更は、図５及び図８に示された状態では分散曲線
のピークでの傾斜が比較的小さいところに縦モードｎが
位置しているために、図５及び図８に示された状態にお
けるレーザ発振モードｎにおいてよりも、図６及び図９
に示された状態におけるレーザ発振モードｎ及びｎ＋１
においての分散フィードバック曲線の振幅の変化はより
大きいものとなる。
【００３２】図１０において、分散素子１４に対する縦
モードｎ−１、ｎ及びｎ＋２の伝播方向が、ベクトル８
２、８４及び８６でそれそれ表されている。これらのベ
クトルのベクトル６６で表されている理想伝播方向に対
する関係は、レーザ空洞４に長さ２△Ｌが付加されてい
るために図８に示したものとは異なっている。この場
合、縦モードｎ＋１の伝播方向がベクトル６６で示され
る理想伝播方向と一致する。図７及び図１０を参照する
と、レーザ発振するのに充分な振幅を有する分散フィー
ドバック曲線に沿って位置する縦モードはｎ＋１だけで
あることが明らかである。レーザ発振モードｎ＋１は分
散フィードバック曲線の傾斜が小さい場所であるその曲
線のピークに位置するために、レーザ空洞４の長さの多
少の変化にかかわらず安定した単一モード稼動が可能と
なる。
モードｎ−１、ｎ及びｎ＋２の伝播方向が、ベクトル８
２、８４及び８６でそれそれ表されている。これらのベ
クトルのベクトル６６で表されている理想伝播方向に対
する関係は、レーザ空洞４に長さ２△Ｌが付加されてい
るために図８に示したものとは異なっている。この場
合、縦モードｎ＋１の伝播方向がベクトル６６で示され
る理想伝播方向と一致する。図７及び図１０を参照する
と、レーザ発振するのに充分な振幅を有する分散フィー
ドバック曲線に沿って位置する縦モードはｎ＋１だけで
あることが明らかである。レーザ発振モードｎ＋１は分
散フィードバック曲線の傾斜が小さい場所であるその曲
線のピークに位置するために、レーザ空洞４の長さの多
少の変化にかかわらず安定した単一モード稼動が可能と
なる。
【００３３】図１１は、各縦モードｎ−１、ｎ、ｎ＋１
及びｎ＋２についてのレーザ出力ビーム６の強度並びに
レーザ出力ビーム６の全強度を、レーザ空洞４の長さの
関数として表したグラフである。各縦モードｎ−１、
ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２の特性を示す振幅の曲線が、それ
ぞれ曲線８８、９０、９２及び９４で表されている。レ
ーザ出力ビーム６の全強度の特性曲線は曲線９６で表さ
れている。各縦モードの特性曲線が重なっているため
に、曲線９６で表されているレーザ出力ビーム６の全出
力エネルギは、たとえレーザ共振器長がどの単一モード
及びマルチモード稼働にとっても最適なものではないと
きでも、わずかに変化するに過ぎない。つまり、レーザ
出力ビーム６の測定された全出力パワーは単一縦モード
稼働を示すのにはよいものではない。
及びｎ＋２についてのレーザ出力ビーム６の強度並びに
レーザ出力ビーム６の全強度を、レーザ空洞４の長さの
関数として表したグラフである。各縦モードｎ−１、
ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２の特性を示す振幅の曲線が、それ
ぞれ曲線８８、９０、９２及び９４で表されている。レ
ーザ出力ビーム６の全強度の特性曲線は曲線９６で表さ
れている。各縦モードの特性曲線が重なっているため
に、曲線９６で表されているレーザ出力ビーム６の全出
力エネルギは、たとえレーザ共振器長がどの単一モード
及びマルチモード稼働にとっても最適なものではないと
きでも、わずかに変化するに過ぎない。つまり、レーザ
出力ビーム６の測定された全出力パワーは単一縦モード
稼働を示すのにはよいものではない。
【００３４】図１２は、レーザ空洞４の長さの関数とし
てレーザ出力ビーム６の伝播方向を表したグラフであ
る。曲線９８は、レーザ空洞４の長さの関数としてビー
ムの伝播方向の分散角度θを表したものである。破線１
００、１０２、１０４及び１０６は、モードｎ−１、
ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２のそれぞれについての、レーザ出
力ビーム６が単一縦モードで稼働するような伝播方向の
分散角度の範囲を示したものである。つまり、曲線９８
が破線１００、１０２、１０４及び１０６と重なる部分
は、レーザ出力ビーム６が単一縦モードであって各破線
と曲線９８とが重なっているモードである状態を表して
いる。曲線９８の破線から外れた部分は、レーザ出力ビ
ーム６がマルチ縦モードで稼働していることを表してい
る。また、曲線９８の分散角度の平均値θavg が曲線１
０８で表されている。
てレーザ出力ビーム６の伝播方向を表したグラフであ
る。曲線９８は、レーザ空洞４の長さの関数としてビー
ムの伝播方向の分散角度θを表したものである。破線１
００、１０２、１０４及び１０６は、モードｎ−１、
ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２のそれぞれについての、レーザ出
力ビーム６が単一縦モードで稼働するような伝播方向の
分散角度の範囲を示したものである。つまり、曲線９８
が破線１００、１０２、１０４及び１０６と重なる部分
は、レーザ出力ビーム６が単一縦モードであって各破線
と曲線９８とが重なっているモードである状態を表して
いる。曲線９８の破線から外れた部分は、レーザ出力ビ
ーム６がマルチ縦モードで稼働していることを表してい
る。また、曲線９８の分散角度の平均値θavg が曲線１
０８で表されている。
【００３５】図５〜７に関連して説明したように、マル
チモード稼働は不安定な稼働状態であって、そのため、
測定された伝播方向は単一縦モード稼働におけるよりも
明白に大きな伝播方向ジッターを示すことは着目すべき
である。このことは図１３に示されており、この図にお
いて曲線１１０はレーザ空洞４の長さの関数として測定
された伝播方向の伝播方向ジッターを表すものである。
曲線１１０で形成された特性曲線は、レーザ出力ビーム
６がマルチモード稼働する状態に対応する一連のピーク
１１２、１１４、１１６および１１８を有している。こ
の曲線のピーク１１２、１１４、１１６及び１１８間に
ある「谷」の領域は、レーザ出力ビーム６が単一縦モー
ド稼働する状態に相当するものである。
チモード稼働は不安定な稼働状態であって、そのため、
測定された伝播方向は単一縦モード稼働におけるよりも
明白に大きな伝播方向ジッターを示すことは着目すべき
である。このことは図１３に示されており、この図にお
いて曲線１１０はレーザ空洞４の長さの関数として測定
された伝播方向の伝播方向ジッターを表すものである。
曲線１１０で形成された特性曲線は、レーザ出力ビーム
６がマルチモード稼働する状態に対応する一連のピーク
１１２、１１４、１１６および１１８を有している。こ
の曲線のピーク１１２、１１４、１１６及び１１８間に
ある「谷」の領域は、レーザ出力ビーム６が単一縦モー
ド稼働する状態に相当するものである。
【００３６】従って、ＳＬＭプロセッサ２０は、レーザ
空洞４の長さを変えたときのθavg で表される平均ビー
ム伝播方向（図１２の破線１０８）を定めること及びθ
で表されるビーム伝播方向をこの平均伝播方向θavgに
維持するようにレーザ空洞の長さを調節することによ
り、レーザ空洞４の理想単一縦モードを維持することが
できるのである。ＳＬＭプロセッサ２０は、マルチモー
ド稼働が不安定状態であるために、調節された長さの安
定稼働に相当する単一縦モードの一つにレーザシステム
２を容易に固定することができる。
空洞４の長さを変えたときのθavg で表される平均ビー
ム伝播方向（図１２の破線１０８）を定めること及びθ
で表されるビーム伝播方向をこの平均伝播方向θavgに
維持するようにレーザ空洞の長さを調節することによ
り、レーザ空洞４の理想単一縦モードを維持することが
できるのである。ＳＬＭプロセッサ２０は、マルチモー
ド稼働が不安定状態であるために、調節された長さの安
定稼働に相当する単一縦モードの一つにレーザシステム
２を容易に固定することができる。
【００３７】好ましい具体例においては、伝播検出器１
８は２個セルのフォト検出器を備えている。つまり、伝
播検出器１８はそれぞれＩr （右側の出力信号）及びＩ
l （左側の出力信号）と記される２つの出力信号を有し
ている。ＳＬＭプロセッサ２０は、これら２つの信号を
比較して、伝播検出器１８の各半分領域が受信した測定
ビームから光の平衡（balance ）を定める。この平衡は
可変平衡％と記されるものであって、好ましくは、可変
平衡（％）＝（Ｉr −Ｉl ）／（Ｉr ＋Ｉl ）という式
から求められる。要するに、可変平衡％は、伝播検出器
１８上の伝播中心の測度である。
８は２個セルのフォト検出器を備えている。つまり、伝
播検出器１８はそれぞれＩr （右側の出力信号）及びＩ
l （左側の出力信号）と記される２つの出力信号を有し
ている。ＳＬＭプロセッサ２０は、これら２つの信号を
比較して、伝播検出器１８の各半分領域が受信した測定
ビームから光の平衡（balance ）を定める。この平衡は
可変平衡％と記されるものであって、好ましくは、可変
平衡（％）＝（Ｉr −Ｉl ）／（Ｉr ＋Ｉl ）という式
から求められる。要するに、可変平衡％は、伝播検出器
１８上の伝播中心の測度である。
【００３８】ＳＬＭプロセッサ２０は、位置変換器２２
で後方ミラー８の位置を変えることにより例えば６００
回の任意的な多数回のレーザ空洞４の長さの変更をな
し、各後方ミラー８の任意的な位置で可変平衡％の値を
測定することが好ましい。そして、ＳＬＭプロセッサ２
０はこれらの測定値の平均からθavgを決定する。最後
に、ＳＬＭプロセッサ２０は周期的に可変平衡％の値を
サンプリングし、この値をθavg の値と比較する。
で後方ミラー８の位置を変えることにより例えば６００
回の任意的な多数回のレーザ空洞４の長さの変更をな
し、各後方ミラー８の任意的な位置で可変平衡％の値を
測定することが好ましい。そして、ＳＬＭプロセッサ２
０はこれらの測定値の平均からθavgを決定する。最後
に、ＳＬＭプロセッサ２０は周期的に可変平衡％の値を
サンプリングし、この値をθavg の値と比較する。
【００３９】ＳＬＭプロセッサ２０は、上記比較の結果
の差がゼロになるようにこの差に応じて後方ミラー８を
移動させ、レーザ空洞４の長さを変更する。この操作
は、レーザ出力ビーム６をその最も効率のよい単一縦モ
ードに維持すべく、レーザ空洞４の長さを自動的に調節
するフィードバックループを形成する。図１４はこの操
作の方法を表すフローチャートである。
の差がゼロになるようにこの差に応じて後方ミラー８を
移動させ、レーザ空洞４の長さを変更する。この操作
は、レーザ出力ビーム６をその最も効率のよい単一縦モ
ードに維持すべく、レーザ空洞４の長さを自動的に調節
するフィードバックループを形成する。図１４はこの操
作の方法を表すフローチャートである。
【００４０】本発明の方法はハードウェアのみ、或い
は、もしＳＬＭプロセッサ２０がプログラム可能なデー
タ処理を提供するのであればハードウェアとデータ処理
コードとで実行することができる。好ましい具体例にお
いて、ＳＬＭプロセッサ２０は伝播検出器１８からの信
号を受信するプログラム可能なデータプロセッサを含ん
でおり、かつ、位置変換器２２への出力を決定する。多
数あるデータ処理コードの何れか一つが、当業者が理解
するであろうように本発明の方法を実行するために用い
られる。
は、もしＳＬＭプロセッサ２０がプログラム可能なデー
タ処理を提供するのであればハードウェアとデータ処理
コードとで実行することができる。好ましい具体例にお
いて、ＳＬＭプロセッサ２０は伝播検出器１８からの信
号を受信するプログラム可能なデータプロセッサを含ん
でおり、かつ、位置変換器２２への出力を決定する。多
数あるデータ処理コードの何れか一つが、当業者が理解
するであろうように本発明の方法を実行するために用い
られる。
【００４１】例えば、以下に記載するマイクロソフト社
（Microsoft；登録商標）のクィックベーシック（Quick
BASIC；登録商標）で書かれたコードが、本発明の方法
を実行するために用いられる。
（Microsoft；登録商標）のクィックベーシック（Quick
BASIC；登録商標）で書かれたコードが、本発明の方法
を実行するために用いられる。
【００４２】 balance ％＝ 0 sum ＃＝ 0! rr％＝ Display CLockauto,1,1) ' display activity on screen FOR1％＝ 1 TO 600 rr％＝ LABPC(Cgetdta,kk ％) 'get data sum ＃＋kk％ 'add data to sum Rand％＝ (RND −.5) ＊300 'make a random number rr=Burleigh(Concstep,Cmode,SGN(Rand ％),ABS(Rand％) 'move Burleigh NEXT 1％ balance ％＝ sum＃／600 'Balance＝ ave.SPD signal lockon％＝ 1 'start locking rr％＝ Display(Clockon,1,1) 'display locking rr％＝ Display(Cdecbal,balance％,1) rr％＝ Display(Cincbal,balance％,1) 'move display line up and 'down to force display RETURN
【００４３】このコードにおいて、上述のように可変の
balance％＝（Ｉr −Ｉl ）／（Ｉr＋Ｉl ）であり、Ｉ
r 及びＩl は２個セルの伝播検出器１８からの２つの信
号である。６００回の任意的なレーザ空洞４の長さの変
更がなされ、可変のbalance ％が可変のsum ＃に加えら
れる。６００回すべての変更が終わった後、balance ％
＝sum ＃／６００が平均される。そして、固定ループが
オンになり、フィードバックループがbalance ％に初期
化される。そして、フィードバックループはレーザ空洞
４の長さを調節する。
balance％＝（Ｉr −Ｉl ）／（Ｉr＋Ｉl ）であり、Ｉ
r 及びＩl は２個セルの伝播検出器１８からの２つの信
号である。６００回の任意的なレーザ空洞４の長さの変
更がなされ、可変のbalance ％が可変のsum ＃に加えら
れる。６００回すべての変更が終わった後、balance ％
＝sum ＃／６００が平均される。そして、固定ループが
オンになり、フィードバックループがbalance ％に初期
化される。そして、フィードバックループはレーザ空洞
４の長さを調節する。
【００４４】本発明の自動単一縦モード固定技術による
と、レーザ空洞４は、分散フィードバックの周波数の変
化によるレーザシステム２の稼働周波数の再同調から生
じてよい分散フィードバックの周波数変化に従って、そ
の長さを自動的に変更することが可能である。いかなる
分散フィードバック設定についてもレーザ空洞４の長さ
が自動的に最も安定なモードに固定されるため、この技
術は、分散フィードバックのみを再調節することにより
レーザシステム２が広い周波数範囲にわたって同調され
ることを可能にする。
と、レーザ空洞４は、分散フィードバックの周波数の変
化によるレーザシステム２の稼働周波数の再同調から生
じてよい分散フィードバックの周波数変化に従って、そ
の長さを自動的に変更することが可能である。いかなる
分散フィードバック設定についてもレーザ空洞４の長さ
が自動的に最も安定なモードに固定されるため、この技
術は、分散フィードバックのみを再調節することにより
レーザシステム２が広い周波数範囲にわたって同調され
ることを可能にする。
【００４５】以上により、共振器長を自動的に調節して
レーザ出力の縦モードの特性を検出し、波長の変化をも
たらす光学的な分散フィードバック素子の調節をしてい
る間であっても、単一縦モード稼働を維持する方法及び
装置が開示された。この開示は当業者に本発明を教示す
るためのものであって、本発明は、材料、配列、段階等
の点において特許請求の範囲の観点内でさまざまな設計
変更が可能である。
レーザ出力の縦モードの特性を検出し、波長の変化をも
たらす光学的な分散フィードバック素子の調節をしてい
る間であっても、単一縦モード稼働を維持する方法及び
装置が開示された。この開示は当業者に本発明を教示す
るためのものであって、本発明は、材料、配列、段階等
の点において特許請求の範囲の観点内でさまざまな設計
変更が可能である。
【００４６】
【発明の効果】本発明の自動単一縦モード固定技術によ
ると、レーザ空洞は、分散フィードバックの周波数の変
化によるレーザシステムの稼働周波数の再同調から生じ
てよい分散フィードバックの周波数変化に従って、その
長さを自動的に変更することが可能である。いかなる分
散フィードバック設定についてもレーザ空洞の長さが自
動的に最も安定なモードに固定されるため、この技術
は、分散フィードバックのみを再調節することによりレ
ーザシステムが広い周波数範囲にわたって同調されるこ
とを可能にする。すなわち、レーザ共振器長を自動的に
調節してレーザ出力の縦モードの特性を検出し、単一縦
モード稼働を維持することができる。
ると、レーザ空洞は、分散フィードバックの周波数の変
化によるレーザシステムの稼働周波数の再同調から生じ
てよい分散フィードバックの周波数変化に従って、その
長さを自動的に変更することが可能である。いかなる分
散フィードバック設定についてもレーザ空洞の長さが自
動的に最も安定なモードに固定されるため、この技術
は、分散フィードバックのみを再調節することによりレ
ーザシステムが広い周波数範囲にわたって同調されるこ
とを可能にする。すなわち、レーザ共振器長を自動的に
調節してレーザ出力の縦モードの特性を検出し、単一縦
モード稼働を維持することができる。
【図１】本発明に係る装置の好適な具体例のブロック図
である。
である。
【図２】図１の装置において、レーザシステムの分散フ
ィードバック曲線を表すグラフである。
ィードバック曲線を表すグラフである。
【図３】好適な具体例によるレーザ共振器長における縦
モードの相対的振幅を示すグラフである。
モードの相対的振幅を示すグラフである。
【図４】図２の分散フィードバックと図３の縦モードの
波長分布とを組み合わせたレーザ出力ビームの分光成分
を示す図である。
波長分布とを組み合わせたレーザ出力ビームの分光成分
を示す図である。
【図５】レーザ共振器長とレーザ出力ビームの伝播方向
と縦モード間の波長の相異よりも広い範囲にわたる分散
フィードバックバンド幅の重なりとの相関関係を表すグ
ラフであって、縦モードｎが曲線のピークと一致してい
るときを表すものである。
と縦モード間の波長の相異よりも広い範囲にわたる分散
フィードバックバンド幅の重なりとの相関関係を表すグ
ラフであって、縦モードｎが曲線のピークと一致してい
るときを表すものである。
【図６】図５と同様のグラフであって、曲線のピークが
縦モードｎとｎ＋１との中間にあるときを表すものであ
る。
縦モードｎとｎ＋１との中間にあるときを表すものであ
る。
【図７】図５と同様のグラフであって、縦モードｎ＋１
が曲線のピークと一致しているときを表すものである。
が曲線のピークと一致しているときを表すものである。
【図８】図５の状態でのレーザ出力ビームの伝播方向を
示す図である。
示す図である。
【図９】図６の状態でのレーザ出力ビームの伝播方向を
示す図である。
示す図である。
【図１０】図７の状態でのレーザ出力ビームの伝播方向
を示す図である。
を示す図である。
【図１１】各縦モードｎ−１、ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２に
ついてのレーザ出力ビームの強度並びにレーザ出力ビー
ムの全強度を、レーザ共振器長の関数として表したグラ
フである。
ついてのレーザ出力ビームの強度並びにレーザ出力ビー
ムの全強度を、レーザ共振器長の関数として表したグラ
フである。
【図１２】レーザ出力ビームの伝播方向をレーザ共振器
長の関数として表したグラフである。
長の関数として表したグラフである。
【図１３】分散ビームの伝播方向ジッターをレーザ共振
器長の関数として表したグラフである。
器長の関数として表したグラフである。
【図１４】本発明の好ましい具体例の方法を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【符号の説明】 ２ レーザシステム ４ レーザ共振器（レーザ空洞） ６ レーザ出力ビーム ８ 後方ミラー １０ 出力ミラー １２ ゲイン媒質 １４ 分散素子 １６ 分散ビーム １８ 伝播検出器 ２０ ＳＬＭプロセッサ ２２ 位置変換器
Claims (9)
- 【請求項１】レーザシステム内の光学的な分散フィード
バックシステムに関連するレーザビームの伝播方向の変
化に応答して上記レーザシステムのレーザ共振器長を変
更する方法であって、 レーザ共振器長の組をつくるべく上記レーザ共振器長を
変化させる段階と、 上記レーザ共振器長の組に対応する伝播方向サンプル値
の組をつくるべく上記レーザ共振器長の組に属する各レ
ーザ共振器長ごとの上記レーザビームの伝播方向をサン
プリングする段階と、 上記伝播方向サンプル値の組についての平均値である平
均伝播方向を定める段階と、 上記レーザビームを安定した単一縦モードに固定すべく
上記レーザビームの伝播方向を上記平均伝播方向に相当
する方向に維持する段階とを備えている方法。 - 【請求項２】上記レーザ共振器長を変化させる段階が上
記レーザ共振器長を任意的に変化させることを備えてい
る請求項１の方法。 - 【請求項３】上記レーザ共振器長を変化させる段階が上
記レーザ共振器長を規則的に変化させることを備えてい
る請求項１の方法。 - 【請求項４】上記レーザビームの伝播方向をサンプリン
グする段階が、上記レーザシステムの出力ビームをサン
プリングすることを備えている請求項１の方法。 - 【請求項５】上記レーザビームの伝播方向をサンプリン
グする段階が、上記レーザシステムの分散素子によって
分散された分散ビームをサンプリングすることを備えて
いる請求項１の方法。 - 【請求項６】レーザシステム内の光学的な分散フィード
バックシステムに関連するレーザビームの伝播方向の変
化に応答して上記レーザシステムのレーザ共振器長を変
更する装置であって、 レーザ共振器長の組をつくるべく上記レーザ共振器長を
変化させる手段と、 上記レーザ共振器長の組に対応する伝播方向サンプル値
の組をつくるべく上記レーザ共振器長の組に属する各レ
ーザ共振器長ごとの上記レーザビームの伝播方向をサン
プリングする手段と、 上記伝播方向サンプル値の組についての平均値である平
均伝播方向を定める手段と、 上記レーザビームを安定した単一縦モードに固定すべく
上記レーザビームの伝播方向を上記平均伝播方向に相当
する方向に維持する手段とを備えている装置。 - 【請求項７】上記レーザ共振器長を変化させる手段が上
記レーザ共振器長を規則的に変化させる請求項６の装
置。 - 【請求項８】上記レーザビームの伝播方向をサンプリン
グする手段が、上記レーザシステムの出力ビームをサン
プリングする請求項６の装置。 - 【請求項９】上記レーザビームの伝播方向をサンプリン
グする手段が、上記レーザシステムの分散素子によって
分散された分散ビームをサンプリングする請求項６の装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US698,571 | 1991-05-10 | ||
| US07/698,571 US5185751A (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Automated single longitudinal mode locking system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05160495A true JPH05160495A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3179567B2 JP3179567B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=24805817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14352592A Expired - Lifetime JP3179567B2 (ja) | 1991-05-10 | 1992-05-08 | レーザ共振器長を変更する方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5185751A (ja) |
| JP (1) | JP3179567B2 (ja) |
| DE (1) | DE4215064A1 (ja) |
| FR (1) | FR2676314B1 (ja) |
| GB (1) | GB2257294B (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2276973A (en) * | 1993-03-20 | 1994-10-12 | Gec Ferranti Defence Syst | A pulsed laser |
| US6175579B1 (en) | 1998-10-27 | 2001-01-16 | Precision Light L.L.C. | Apparatus and method for laser frequency control |
| US20040202223A1 (en) * | 2003-04-08 | 2004-10-14 | Eric Crosson | External cavity laser having improved single mode operation |
| US10992098B2 (en) * | 2018-12-05 | 2021-04-27 | Epilog Corporation | Method and apparatus for real time averaging of beam parameter variations |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1082961A (en) * | 1963-05-07 | 1967-09-13 | Nat Res Dev | Improvements in or relating to the control of the output wavelength of an optical maser or laser |
| US3457415A (en) * | 1965-10-04 | 1969-07-22 | Perkin Elmer Corp | Passive optical resonators and systems employing the same |
| EP0064476A1 (fr) * | 1981-04-10 | 1982-11-10 | Asulab S.A. | Dispositif de stabilisation d'émission d'un résonateur laser selon un mode d'émission déterminé |
| EP0108562A1 (en) * | 1982-11-05 | 1984-05-16 | British Telecommunications | Controlling lasers |
| SE8401773L (sv) * | 1984-03-30 | 1985-10-01 | Boh Optical Ab | Frekvens- och effektreglering hos laserdioder |
| US4977562A (en) * | 1987-09-29 | 1990-12-11 | Ltv Aerospace And Defense Co. | Method and apparatus for laser frequency stabilization |
| US5054028A (en) * | 1989-04-20 | 1991-10-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Feedback stabilization system for pulsed single longitudinal mode tunable lasers |
-
1991
- 1991-05-10 US US07/698,571 patent/US5185751A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-05-07 FR FR9205659A patent/FR2676314B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-07 DE DE4215064A patent/DE4215064A1/de not_active Ceased
- 1992-05-08 JP JP14352592A patent/JP3179567B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-08 GB GB9209943A patent/GB2257294B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2257294A (en) | 1993-01-06 |
| US5185751A (en) | 1993-02-09 |
| JP3179567B2 (ja) | 2001-06-25 |
| FR2676314A1 (fr) | 1992-11-13 |
| DE4215064A1 (de) | 1992-11-12 |
| GB2257294B (en) | 1994-11-02 |
| FR2676314B1 (fr) | 1993-12-03 |
| GB9209943D0 (en) | 1992-06-24 |
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