JPH077858B2 - インジェクション方式によるレーザ発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、インジェクション方式によるレーザ発振器に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、高品質のレーザ光を得る方法として、インジ
ェクション方式のレーザ発振器が知られている。これ
は、親となるレーザ（以下、マスターレーザと称す）と
子となるレーザ（以下、スレーブレーザと称す）を組合
わせ、このマスターレーザから弱い種となるレーザ光を
スレーブレーザに導入し、スレーブレーザの強力なレー
ザ励起領域のゲインを用いて、マスターレーザ光と同質
の強力なレーザ光を得る方法である。

この様なインジェクション方式のレーザ発振器の一例を
第５図に示した。即ち、親となるレーザ発振器（以下、
マスターオシレータと称す）１から出射したレーザ光
は、インジェクションミラー５を介して、子となるレー
ザ発振器（以下、スレーブオシレータと称す）２の共振
器光軸上に導入される。このインジェクションミラー５
から導入されたマスターレーザ光は、スレーブオシレー
タ２の内部にある強力なレーザ励起領域を通過するよう
に構成されている。なお、このスレーブオシレータ２に
は、インジェクションミラー５と前記励起領域を挟ん
で、曲率を持った出力ミラー３と平面状のリアミラー４
から成る共振器を有している。また、この出力ミラー３
またはリアミラー４には、導入したマスターレーザ光と
スレーブオシレータ２の共振器長との縦モードを同調す
るための共振器長制御を行うピエゾ素子７が設けられ、
ピエゾドライバ10によって駆動されるように構成されて
いる。また、出力ミラー３から発振したレーザ光の軸上
には、レーザ光を二分割するビームスプリッタ８が設け
られ、このビームスプリッタ８から洩れ出るレーザ光の
波形を、高速光センサ９を介してトランジェントレコー
ダ11でモニターするように構成されている。さらに、前
記マスターオシレータ１は、内部にグレーティング（回
折格子）を有し、波長の選択を行えるように構成され、
また、その発振縦モードはシングルであり、縦モードの
安定化機構としてスタビライザ６が設けられている。

この様に構成された従来のインジェクション方式のレー
ザ発振器は、以下に述べる様に動作する。即ち、マスタ
ーオシレータ１においては、グレーティングを用いる、
エタロンを用いる等、種々の方法によって微弱ではある
が非常に高品質のレーザ光が作り出される。しかし、マ
スターオシレータ１においては、非常に微妙な光学素子
が用いられ、それらは大出力のレーザ光に対する耐力が
ないため、大きな出力を得ることはできない。そこで、
この微弱なレーザ光を強力な励起領域を持つスレーブオ
シレータ２に導入し、スレーブオシレータ２の共振器中
で、その励起領域のゲインを用いて成長させ、強力なレ
ーザ光を得るようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の様なインジェクション方式のレー
ザ発振器には、以下に述べる様な解決すべき課題があっ
た。即ち、マスターオシレータ１からの微弱なレーザ光
を、スレーブオシレータ２に導入し、スレーブオシレー
タ２を発振させると、通常は、マスターレーザ光とスレ
ーブオシレータの発振光の縦モードは合わず、わずかに
ずれて、ビーティング波形となって発振する。このビー
ティング波形は、ビームスプリッタ８から洩れ出るレー
ザ光を高速光センサ９でモニターすることによって検出
される。この様にインジェクションロックがはずれてビ
ーティング波形になると、マスターオシレータからのレ
ーザ光の種と異なる縦モードとなるため、スレーブオシ
レータの励起領域でのレーザ光の立ち上りが、インジェ
クションロックがかかった状態よりも遅くなる。そこ
で、この様なビーティング波形をインジェクションロッ
クのかかった波形にするには、スレーブオシレータ２の
共振器長制御のために設けられたピエゾ素子７を、ピエ
ゾドライバ10に電圧を印加することによって駆動し、共
振器長を変化させて、マスターレーザ光とスレーブオシ
レータからの発振光との縦モードが合うように調整す
る。その結果、インジェクションロックのかかった波形
になると、スレーブオシレータにはマスターオシレータ
からのレーザ光の種が常にある状態となるため、スレー
ブオシレータの励起領域におけるレーザ光の立ち上りが
早くなる。

しかしながら、ピエゾドライバ10の電圧をこのままの状
態に固定しておくと、室温の変化やスレーブオシレータ
の熱的影響等によって、スレーブオシレータの共振器長
が変化し、その結果、マスターオシレータとスレーブオ
シレータの縦モードがずれて、再びビーティング波形と
なり、安定したレーザ発振を得ることができなかった。

本発明は、以上の欠点を解消するために提案されたもの
で、その目的は、常に安定したレーザ発振を得ることの
できる、信頼性の高いインジェクション方式のレーザ発
振器を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のインジェクション方式のレーザ発振器は、子と
なるレーザ発振器に設けられた共振器の軸上に、レーザ
光を二分割するビームスプリッタを配設し、このビーム
スプリッタから出力されるレーザ光の波形を、高速光セ
ンサを介してモニターする手段を設け、一方、子となる
レーザ発振器の共振器に、その共振器長を調節する手段
を設け、前記モニター手段及び調節手段をコンピュータ
に接続し、前記モニター手段によって検出されたレーザ
光の波形に基づいて、前記調節手段を制御することを特
徴とするものである。

（作用） 本発明のインジェクション方式のレーザ発振器によれ
ば、スレーブオシレータの共振器長が熱等の外部の影響
を受けて変化しても、コンピュータによって制御し、ス
レーブオシレータの共振器長を適宜調節することによ
り、常にインジェクションロックのかかった波形を得る
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基づいて具
体的に説明する。なお、第５図に示した従来型と同一の
部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施例においては、第１図に示した様に、共振器長を
調節する調節手段であるピエゾドライバ10に、D/Aコン
バータ20を介してコンピュータ21が接続されている。ま
た、スレーブオシレータ光を高速光センサ９を介してモ
ニターするモニター手段であるトランジェントレコーダ
11が、前記にコンピュータ21に接続されている。そし
て、スレーブオシレータ光のモニター信号が、トランジ
ェントレコーダ11からコンピュータ21に入力され、コン
ピュータ21はそのデータを基にして、D/Aコンバータ20
に接続されているピエゾドライバ10を介してピエゾ素子
７に信号を送り、スレーブオシレータの共振器長を適宜
変化させるように構成されている。

この様な構成を有する本実施例のインジェクション方式
のレーザ発振器は、以下に述べる様に動作する。即ち、
マスターオシレータ光をスレーブオシレータに注入した
状態で、スレーブオシレータを発振させる。スレーブオ
シレータから発振したレーザ光をビームスプリッタ８で
分光し、その光波形を高速光センサ９に入れる。この高
速光センサ９には、光波形のデータを一時的に保存でき
るトランジェントレコーダ11が接続されており、このト
ランジェントレコーダ11には、スレーブオシレータの電
源回路の構成部品であるサイラトロン電流のモニター信
号が外部トリガーとして接続されている。この外部トリ
ガーがトランジェントレコーダ11に入力した時点を始点
として、レーザ光が現れるまでの時間を、“発振遅延時
間”として計測することができるように構成されてい
る。

また、この発振遅延時間の最小値を見つけるために、コ
ンピュータ21からピエゾドライバ10に、レーザ波長のλ
/2以上スキャンするように、0Vから6Vまで、0.1Vステッ
プで印加電圧を上昇させるように指令を送る。ピエゾド
ライバ10に0Vから6Vを印加する間に発振遅延時間を測定
し、その値が最小となる点を見つける。この発振遅延時
間の最小値の時に、ピエゾドライバ10に印加した電圧及
びその時の波形のピーク値をコンピュータで記憶してお
き、ピエゾドライバに0Vから6Vまで印加し終わったら、
すぐに発振遅延時間の最小値の時に印加した電圧を印加
し、その電圧に固定しておく。このままの状態にしてお
くと、ある時間は第２図に示した様にインジェクション
ロックのかかった波形が出てくるが、室温の変化やスレ
ーブオシレータの熱的影響で縦モードがずれてきて、第
３図に示した様なビーティング波形や第４図に示した様
なロックはずれ波形が生じてくる。

ここで、ビーティング波形について説明する。即ち、
“ビーティング波形”は、インジェクションロックのか
かった波形より発振遅延時間が長く、ピーク値が高く、
また、ピエゾドライバに印加する電圧がわずかに大きい
時に現れる。一方、“ロックはずれ波形”は、インジェ
クションロックのかかった波形より発振遅延時間が長
く、ピーク値が低く、また、ピエゾドライバに印加する
電圧がわずかに小さい時に現れる。さらに、ロックはず
れ波形のピーク値の10％の時の発振遅延時間の値と、ピ
ーク値の時の発振遅延時間の値との差は、インジェクシ
ョンロックのかかった波形に比べて大きい。これらの条
件を前記コンピュータ21に記憶させておく。即ち、イン
ジェクションロックのかかった波形のピーク値の1.25倍
を超え、また、発振遅延時間が長ければビーティング波
形であり、コンピュータ21は発振遅延時間の最小値から
外れてきていると判断し、ピエゾドライバ10に印加する
電圧を0.1V下げる。逆に、インジェクションロックのか
かった波形のピーク値の0.9倍以下で、また、発振遅延
時間が長く、さらに、インジェクションロックのかかっ
た波形の10％の時の発振遅延時間の値と、波形のピーク
値の発振遅延時間の値の差が、1.1倍以上になった場合
は、ロックはずれ波形として、コンピュータ21は発振遅
延時間の最小値から外れてきていると判断し、ピエゾド
ライバ10に印加する電圧を0.1V上げる。

この様に、本実施例によれば、スレーブオシレータの共
振器長が熱等の外部の影響を受けて変化しても、コンピ
ュータによって制御することにより、常にインジェクシ
ョンロックのかかった波形を得ることができ、スレーブ
オシレータにはマスターオシレータからのレーザ光の種
が常にある状態となるため、スレーブオシレータの励起
領域におけるレーザ光の立ち上りが早くなるので、安定
したレーザ発振を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、インジェクションミラーの所でスレーブオシレータ
のレーザ光の波形を計測しても良い。また、ピエゾ素子
は出力ミラー３に設置しても良い。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、子となるレーザ発振
器から出力されるレーザ光の波形を、高速光センサを介
してモニターする手段を設け、また、子となるレーザ発
振器の共振器に、その共振器長を調節する手段を設け、
これらのモニター手段及び調節手段をコンピュータに接
続し、モニター手段によって検出されたレーザ光の波形
に基づいて、共振器長調節手段を制御することによっ
て、常に安定したレーザ発振を得ることのできる、信頼
性の高いインジェクション方式のレーザ発振器を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインジェクション方式のレーザ発振器
の一実施例を示す構成図、第２図はインジェクションロ
ックのかかった波形、第３図はビーティング波形、第４
図はロックはずれ波形、第５図は従来から用いられてき
たインジェクション方式のレーザ発振器の一例を示す構
成図である。 １……マスターオシレータ、２……スレーブオシレー
タ、３……出力ミラー、４……リアミラー、５……イン
ジェクションミラー、６……スタビライザ、７……ピエ
ゾ素子、８……ビームスプリッタ、９……高速光セン
サ、10……ピエゾドライバ、11……トランジェントレコ
ーダ、20……D/Aコンバータ、21……コンピュータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】親となるレーザ発振器と子となるレーザ発
   振器を有し、親となるレーザ発振器から弱い種となるレ
   ーザ光を子となるレーザ発振器に導入し、子となるレー
   ザ発振器の強力なレーザ励起領域のゲインを用いて、親
   となるレーザ発振器と同質な強力なレーザ光を得るイン
   ジェクション方式によるレーザ発振器において、 前記子となるレーザ発振器に設けられた共振器の軸上
   に、レーザ光を二分割するビームスプリッタが配設さ
   れ、このビームスプリッタから出力されるレーザ光の波
   形を、高速光センサを介してモニターする手段が設けら
   れ、一方、子となるレーザ発振器の共振器には、その共
   振器長を調節する手段が設けられ、前記モニター手段及
   び調節手段がコンピュータに接続され、前記モニター手
   段によって検出されたレーザ光の波形に基づいて、前記
   調節手段が制御されることを特徴とするインジェクショ
   ン方式によるレーザ発振器。