JPH10294517A - Laser beam emitter - Google Patents
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- JPH10294517A JPH10294517A JP9101987A JP10198797A JPH10294517A JP H10294517 A JPH10294517 A JP H10294517A JP 9101987 A JP9101987 A JP 9101987A JP 10198797 A JP10198797 A JP 10198797A JP H10294517 A JPH10294517 A JP H10294517A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、種々の科学機器、
露光装置、照明装置、ディスプレイ装置等の光源として
用いられるレーザ光発生装置に関する。The present invention relates to various scientific instruments,
The present invention relates to a laser light generator used as a light source for an exposure device, a lighting device, a display device, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、種々の科学機器、露光装置、照明
装置、ディスプレイ装置等の光源として用いられるレー
ザ光発生装置として、Ｑスイッチレーザ光源に単一縦モ
ードの連続波レーザ光源（T.Kane, R.L.Byer, Optics L
etters,VOl.10,p.p.65-67,(1985).）より出射される連
続波レーザ光を注入同期（インジェクションシーディン
グ）して、単一モードのＱスイッチパルス光を発生させ
るようにしたものがある（Lightwave Electronics社製
品カタログ，Model-101）。2. Description of the Related Art Conventionally, a Q-switched laser light source has been used as a single longitudinal mode continuous wave laser light source (T.Kane , RLByer, Optics L
etters, Vol. 10, pp65-67, (1985).), which is capable of injection-locking (injection seeding) continuous-wave laser light emitted from it to generate a single-mode Q-switched pulse light. (Lightwave Electronics product catalog, Model-101).
【０００３】また、単一モード以外で、例えば決まった
周波数差をもつ複数モードで発振するレーザ光源を作成
するには、複屈折フィルタ、エタロン等を単独または複
数組み合わせて制御することか行われてきた（Solid-St
ate Laser Engineering, 3rdEdition,Springer Verla
g.）。In order to produce a laser light source that oscillates in a mode other than the single mode, for example, in a plurality of modes having a fixed frequency difference, it has been necessary to control a birefringent filter, an etalon, or the like singly or in combination. (Solid-St
ate Laser Engineering, 3rd Edition, Springer Verla
g.).
【０００４】また、Ｑスイッチレーザ光源の複数モード
化としては、出射光を音響光学変調器、いわゆるＡＯＭ
や、電気光学変調器、いわゆるＥＯＭなどの位相変調器
に通過させることで行うようにした報告もある。In order to make a Q-switched laser light source in a plurality of modes, the emitted light is converted to an acousto-optic modulator, so-called AOM.
Also, there is a report that the light is passed through a phase modulator such as an electro-optic modulator, so-called EOM.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、Ｑスイッチレーザの注入同期は、縦単一モードの
連続波レーザを注入して縦単一モードのＱスイッチパル
ス光を発生させるものであるため、中心波長を安定化さ
せることができるが、波長幅は略々パルス幅で決定され
る値まで小さくなる。しかるに、光源としての応用分野
によっては、波長幅を一定範囲に制御してスペックル低
減及び色収差低減等を同時に行う必要があり、また、特
定の縦モード数が所望の数である科学分野もある。この
とき、単一モードのＱスイッチパルスをそのまま用いる
ことかできないことがある。また、注入同期を用いない
と多数の縦モードを含むマルチモード発振になり、これ
も所望の波長幅より大きくなってしまう。As described above, the injection locking of the Q-switched laser is to inject a longitudinally single-mode continuous wave laser to generate a vertically single-mode Q-switched pulse light. Therefore, the center wavelength can be stabilized, but the wavelength width is reduced to a value substantially determined by the pulse width. However, depending on the application field as a light source, it is necessary to simultaneously control speckle reduction and chromatic aberration by controlling the wavelength width within a certain range, and there is also a scientific field in which the number of specific longitudinal modes is a desired number. . At this time, the single mode Q switch pulse may not be used as it is. If injection locking is not used, multimode oscillation including many longitudinal modes will occur, which will also be larger than the desired wavelength width.
【０００６】一方、この問題を解決するため、縦単一モ
ード発振のＱスイッチレーザ出力パルスを電気光学素子
等を用いて変調し、波長幅を制御する方法があるが、Ｑ
スイッチレーザのパルス出力の尖塔値が高くなると光学
素子等の損傷等の問題が顕著になる。また、電気光学結
晶が高周波の変調電界で吸収を持つと素子が発熱し、熱
勾配からビームの振れ等が発生しやすくなる。On the other hand, in order to solve this problem, there is a method of controlling the wavelength width by modulating a Q-switch laser output pulse of longitudinal single mode oscillation using an electro-optical element or the like.
If the spire value of the pulse output of the switch laser becomes high, problems such as damage to the optical element and the like become significant. In addition, when the electro-optic crystal absorbs a high-frequency modulation electric field, the element generates heat, and a beam gradient or the like easily occurs due to a thermal gradient.
【０００７】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、複数の周波数でＱスイッチレー
ザを発振させることができ、かつ、中心周波数と波長幅
とを含む縦モード分布を安定して制御することができる
ようになされたレーザ光発生装置の提供という課題を解
決しようとするものである。Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above situation, and it is possible to oscillate a Q-switch laser at a plurality of frequencies and to obtain a longitudinal mode distribution including a center frequency and a wavelength width. It is an object of the present invention to solve the problem of providing a laser light generator capable of stably controlling the laser beam.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係るレーザ光発生装置は、注入波光源の出
射光をＱスイッチレーザ光源に注入同期して、Ｑスイッ
チレーザ光源を複数の周波数で発振させることを特徴と
するものであり、注入波光源は、Ｑスイッチレーザ光源
の複数の共振器縦モードに亘って波長広がりをもつ出射
光を出射することとしたものである。In order to solve the above-mentioned problems, a laser light generating apparatus according to the present invention comprises a plurality of Q-switched laser light sources which are injection-synchronized with a Q-switched laser light source. The injection wave light source emits emission light having a wavelength spread over a plurality of resonator longitudinal modes of the Q-switched laser light source.
【０００９】また、本発明に係るレーザ光発生装置は、
注入波レーザ光源の出射光をＱスイッチレーザ光源に注
入同期して、Ｑスイッチレーザ光源を複数の周波数で発
振させることを特徴とするものであり、注入波レーザ光
源は、複数の周波数で発振することとしたものである。[0009] Further, a laser light generating device according to the present invention comprises:
The injection-wave laser light source oscillates at a plurality of frequencies by synchronizing the emission light of the injection-wave laser light source with the Q-switch laser light source and oscillating the Q-switch laser light source at a plurality of frequencies. It was decided that.
【００１０】すなわち、本発明に係るレーザ光発生装置
においては、複数の周波数でＱスイッチレーザ光源を発
振させることができ、かつ、中心周波数と波長幅とを含
む縦モード分布を安定して制御することができる。That is, in the laser light generator according to the present invention, the Q-switched laser light source can be oscillated at a plurality of frequencies, and the longitudinal mode distribution including the center frequency and the wavelength width is stably controlled. be able to.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１２】本発明に係るレーザ光発生装置は、図１に
示すように、Ｑスイッチレーザ光源となるＱスイッチレ
ーザ部１と、このＱスイッチレーザ部１に対して注入同
期、すなわち、インジェクションシーディングを行う注
入波光源となる注入レーザ部２とを有して構成されてい
る。As shown in FIG. 1, a laser light generating apparatus according to the present invention has a Q-switch laser unit 1 serving as a Q-switch laser light source and injection locking with respect to the Q-switch laser unit 1, that is, injection seeding. And an injection laser unit 2 serving as an injection wave light source for performing the above.
【００１３】Ｑスイッチレーザ部１においては、励起光
源１１からの出射光がレーザ媒質１２に照射され、この
レーザ媒質１２は、蛍光を発光する。このレーザ媒質１
２から発光する蛍光は、このレーザ媒質１２の前後に配
設された共振器ミラー１３，１４間で反射されながら誘
導放出により増幅され、出射側、すなわち、前方側の共
振器ミラ一１４から一部が出力光として取り出される。
なお、このＱスイッチレーザ部１は、例えば、ネオジミ
ウムヤグレーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）、ネオジミウム
パナデートレーザ（Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ）等によって
構成することができる。In the Q-switched laser section 1, light emitted from an excitation light source 11 is applied to a laser medium 12, which emits fluorescent light. This laser medium 1
The fluorescence emitted from the laser medium 2 is amplified by stimulated emission while being reflected between the resonator mirrors 13 and 14 arranged before and after the laser medium 12, and is amplified by the stimulated emission. The part is extracted as output light.
The Q-switch laser unit 1 can be composed of, for example, a neodymium yag laser (Nd: YAG laser), a neodymium panadate laser (Nd: YVO 4 laser), or the like.
【００１４】共振器ミラー１３，１４間には、レーザ媒
質１２の前後に位置して、複数のλ／４板、すなわち、
四分の一波長板、ＱＷＰ１８，１８が配設されている。
また、レーザ媒質１２の後方側のＱＷＰ１８とこの例に
おいては後方側の共振器ミラー１３との間には、図２に
一例を示すように、Ｑスイッチ、例えば、音響光学変調
器、いわゆるＡＯＭや電気光学変調器、いわゆるＥＯＭ
１５又はポッケルスセル及びポラライザ１７が配設され
ている。これらは、図１において、レーザ媒質１２の前
方側ＱＷＰ１８と前方側の共振器ミラー１４との間に置
かれることも多い。さらに、共振器ミラー１３，１４間
の間隔、すなわち、共振器長は、共振器ミラー１３を移
動操作する素子、通常は圧電素子（いわゆるＰＺＴ）か
らなるアクチュエータ２４により、制御可能となってい
る。A plurality of λ / 4 plates, ie, a plurality of λ / 4 plates, are located between the resonator mirrors 13 and 14 before and after the laser medium 12.
Quarter wave plates, QWP18, 18 are provided.
Also, as shown in FIG. 2, between the QWP 18 on the rear side of the laser medium 12 and the resonator mirror 13 on the rear side in this example, a Q switch, for example, an acousto-optic modulator, so-called AOM, Electro-optic modulator, so-called EOM
15 or a Pockels cell and a polarizer 17 are provided. These are often placed between the QWP 18 on the front side of the laser medium 12 and the resonator mirror 14 on the front side in FIG. Further, the distance between the resonator mirrors 13 and 14, ie, the resonator length, can be controlled by an element for moving and operating the resonator mirror 13, usually an actuator 24 composed of a piezoelectric element (so-called PZT).
【００１５】Ｑスイッチ動作の一例として、Ｑスイッチ
１５がオフのときには、図６中の（ａ）、（ｂ）に示す
ように、通過するビームの偏光状態が変化、または、偏
向して共振器損失が大きくなり、Ｑスイッチレーザは発
振しない。Ｑスイッチ１５がオンになった瞬間、図７中
の（ａ）、（ｂ）に示すように、外部からの注入光が遮
断されて、既に共振器内に入っていた注入光が共振器内
を低損失で往復しながらレーザ媒質１２中に蓄えられた
エネルギーを誘導放出の形で増幅に利用し光パルスとし
て取り出される。Ｑスイッチの動作及び励起光源１１の
駆動、制御、並びに、レーザ媒質１２の温度制御は、駆
動制御回路１６により行われる。アクチュエータ２４
は、駆動制御回路１６により制御されて、パルスの立上
がり時間をもとに共振器長を精密に制御する。As an example of the Q-switch operation, when the Q-switch 15 is off, as shown in FIGS. 6A and 6B, the polarization state of the passing beam changes or is deflected and the resonator is deflected. The loss increases and the Q-switched laser does not oscillate. At the moment when the Q switch 15 is turned on, as shown in (a) and (b) of FIG. 7, the externally injected light is cut off, and the injected light which has already entered the resonator is removed from the resonator. Is reciprocated with low loss, the energy stored in the laser medium 12 is utilized for amplification in the form of stimulated emission, and is extracted as an optical pulse. The operation of the Q switch, the drive and control of the excitation light source 11, and the temperature control of the laser medium 12 are performed by a drive control circuit 16. Actuator 24
Is controlled by the drive control circuit 16 to precisely control the resonator length based on the rise time of the pulse.
【００１６】注入レーザ部２も、励起光源２１及びレー
ザ共振器２２を有して構成されている。この注入レーザ
部２の共振器２２より出射される出力光のビームは、必
要に応じて置かれた光アイソレータ２、光変調器２６を
通過しながらミラー２３及ぴポラライザ１７、または、
ミラーで反射されて、Ｑスイッチレーザ部１の共振器内
に注入レーザ光として導入される。注入レーザ部２は、
通常の場合は連続波で発振し、常時、Ｑスイッチレーザ
部１ヘビームを注入する。この注入レーザ部２の共振器
２２はモノリシック共振器が用いられることも多く、温
度調節のほか、圧電素子等により周波数を可変にするこ
とも可能である。The injection laser unit 2 also includes an excitation light source 21 and a laser resonator 22. The output light beam emitted from the resonator 22 of the injection laser unit 2 passes through the optical isolator 2 and the optical modulator 26 placed as necessary, and passes through the mirror 23 and the polarizer 17 or
The light is reflected by the mirror and introduced into the resonator of the Q-switched laser unit 1 as an injection laser beam. The injection laser unit 2
In a normal case, the beam oscillates in a continuous wave, and a beam is always injected into the Q-switch laser unit 1. In many cases, a monolithic resonator is used as the resonator 22 of the injection laser unit 2. In addition to temperature control, the frequency can be changed by a piezoelectric element or the like.
【００１７】なお、この注入レーザ部２は、ネオジミウ
ムヤグレーザ、ネオジミウムパナデートレーザ等の固体
レーザにより構成することができる。また、この注入レ
ーザ部２は、レーザダイオード、すなわち、半導体レー
ザにより構成されることとしてもよい。また、波長可変
レーザを用いることもできる。この場合において、この
注入レーザ部２は、連続波で発振するものとしてもよい
が、Ｑスイッチレーザ部１におけるＱスイッチパルスの
出力に同期してパルス出力を行うパルスレーザであるこ
ととしてもよい。さらに、この注入波光源としては、レ
ーザに限らず、発光ダイオードや、電子、分子、イオン
等からの発光を用いることとしてもよい。The injection laser section 2 can be constituted by a solid-state laser such as a neodymium yag laser or a neodymium panadate laser. Further, the injection laser unit 2 may be configured by a laser diode, that is, a semiconductor laser. Further, a tunable laser can be used. In this case, the injection laser unit 2 may oscillate in a continuous wave, but may be a pulse laser that outputs a pulse in synchronization with the output of the Q switch pulse in the Q switch laser unit 1. Further, the injection wave light source is not limited to a laser, and light emission from a light emitting diode, electrons, molecules, ions, or the like may be used.
【００１８】Ｑスイッチレーザ部１においては、Ｑスイ
ッチパルスが立ち上がっている間は、注入レーザ部２よ
りのビームの導入が中断され、Ｑスイッチパルスが注入
レーザ部２に戻りにくくなる。さらに、Ｑスイッチレー
ザ部１には、必要に応じて光アイソレータ２５が設けら
れる。Ｑスイッチ１５としてＥＯＭの代わりにＡＯＭを
用いる場合、ポラライザの代わりにミラーが用いられ
る。このときは、偏光制御ではなくＱスイッチレーザの
共振器内ビーム光路が変化してパルスが立上がる。In the Q-switch laser unit 1, while the Q-switch pulse is rising, the introduction of the beam from the injection laser unit 2 is interrupted, and it is difficult for the Q-switch pulse to return to the injection laser unit 2. Further, the Q switch laser unit 1 is provided with an optical isolator 25 as necessary. When an AOM is used as the Q switch 15 instead of the EOM, a mirror is used instead of the polarizer. At this time, not the polarization control, but the beam path in the cavity of the Q-switched laser changes and the pulse rises.
【００１９】Ｑスイッチレーザについて簡単に説明する
と以下のようになる。このＱスイッチレーザにおいて
は、レーザ媒質１２中の励起光源により照射されたイオ
ン、または原子が励起状態に励起される。励起されるイ
オンは、固体レーザの場合、クロム等の遷移金属イオ
ン、ネオジミウム等の希土類の金属イオンの添加された
物質であり、有効に励起光を吸収するよう励起波長が選
択される。励起されたイオンは上位準位に電子状態を変
え、一定時間の間励起状態に留まるが、やがて自然放出
により蛍光を発しながら下位準位に遷移し、やがて基底
状態まで電子準位を下げる。イオンの電子準位が熱平衡
状態に比べて上位準位に多い反転分布の間に、上下準位
のエネルギー差に等しい波長の光が入射すると誘導放出
により光を発して下位順位に遷移するが、このとき入射
光が増幅される。誘導放出を起こす最初の光は、自然放
出の蛍光、外部からの注入光等が考えられ、前者の場
合、通常スペクトル幅が広いため、エタロン等の波長制
御素子を用いないと、利得幅の中の共振器モードが多い
場合、縦多モード発振しやすい。後者の場合、注入光の
波長または波長分布と重複する共振器モードでＱスイッ
チレーザの利得が利用され易いため、縦単一モードの注
入光を入射すると、注入無しで縦多モード発振するＱス
イッチレーザも縦単一モードで発振させることが可能で
ある。このとき、注入光の波長とＱスイッチレーザの共
振器モードのいずれかを合わせる必要があり、このため
にアクチュエータによりＱスイッチレーザの共振器長を
制御してこれを行うことが多い。アクチュエータの移動
方向の決定は、アクチュエータを微少量前後に移動し、
パルスの立ち上がり時間の減少分が最大になる点に保持
することで、実現される。また、利得中心の周波数が温
度依存性をもつ場合、レーザ媒質の温度を制御して利得
中心付近に発振モードが来るようにすることで、安定
に、多少大きな利得を利用できる。こうして実現される
縦単一モードのＱスイッチレーザは、科学用途等に幅広
く利用されている。The following is a brief description of the Q-switched laser. In the Q-switch laser, ions or atoms irradiated by an excitation light source in the laser medium 12 are excited to an excited state. In the case of a solid-state laser, the ions to be excited are substances to which transition metal ions such as chromium and rare earth metal ions such as neodymium are added, and the excitation wavelength is selected so as to effectively absorb the excitation light. The excited ion changes its electronic state to a higher level and stays in the excited state for a certain period of time, but eventually transitions to a lower level while emitting fluorescence by spontaneous emission, and eventually lowers the electron level to the ground state. When light with a wavelength equal to the energy difference between the upper and lower levels is incident during the population inversion where the ion's electronic level is higher in the upper level than in the thermal equilibrium state, it emits light by stimulated emission and transitions to the lower level. At this time, the incident light is amplified. The first light that induces stimulated emission is considered to be spontaneous emission fluorescence, externally injected light, etc.In the former case, the spectrum width is usually wide. When there are many resonator modes, it is easy to oscillate in multiple longitudinal modes. In the latter case, the gain of the Q-switched laser is easily used in the cavity mode that overlaps the wavelength or wavelength distribution of the injected light. The laser can also be oscillated in the longitudinal single mode. At this time, it is necessary to match one of the wavelength of the injected light and the resonator mode of the Q-switched laser. For this purpose, the actuator length is often controlled by controlling the resonator length of the Q-switched laser. To determine the moving direction of the actuator, move the actuator back and forth by a small amount,
This is realized by holding the pulse at the point where the decrease in the rise time of the pulse is maximized. Further, when the frequency of the gain center has temperature dependence, a somewhat large gain can be stably used by controlling the temperature of the laser medium so that the oscillation mode comes near the gain center. The vertical single mode Q-switched laser realized in this way is widely used for scientific purposes and the like.
【００２０】そして、本発明を用いれば、複数モードで
Ｑスイッチレーザ部１を発振させることができる。すな
わち、注入光に二周波数以上のスペクトルをもつ光を用
い、注入光の波長分布と、Ｑスイッチレーザ部１の共振
器モードが重複するように選択することで、複数モード
でＱスイッチレーザ部１を発振させることができる。注
入レーザ部２が複数の波長で安定に発振していれば、こ
の注入レーザ部２の出射光を注入されたＱスイッチレー
ザ部１も安定に発振させることができる。インジェクシ
ョンロッキングで要求される波長の同一性に比べ、注入
同期、すなわち、インジェクションシーディングで要求
される波長差のマージンは通常広いから、複数モードの
場合、多少の周波数差があっても動作可能である。注入
レーザ部２の縦モードの周波数ν（ｑ）は、 ν（ｑ）＝ｑｃ／（２ｌ） ・・・（式１） で与えられ、波長λ（ｑ）は、 λ（ｑ）＝２ｌ／ｑ ・・・（式２） で与えられる。ここで、νｑは注入レーザ部２のレーザ
発振周波数、ｌは往復又は一周の共振器光路長、ｃは真
空中の光速、ｑは自然数である。また、Ｑスイッチレー
ザ部１の共振器モードの周波数は、Ｌを往復の共振器光
路長、Ｑを自然数として、 ν（Ｑ）＝Ｑｃ／（２Ｌ） ・・・（式３） で与えられ、波長λ（Ｑ）は、 λ（Ｑ）＝２Ｌ／Ｑ ・・・（式４） で与えられる。注入レーザ部２が、図３に示すように、
ｑ＝ｑ１、ｑ２、・・・ｑＮ（ただし、ｑ１＜ｑ２＜・
・・＜ｑＮ、Ｎは２以上の自然数、ｑ１，ｑ２，・・・
ｑＮは自然数）で発振し、Ｑスイッチレーザ部１が、図
４に示すように、Ｑ＝Ｑ１、Ｑ２、・・・ＱＮ（ただ
し、Ｑ１＜Ｑ２＜・・・＜ＱＮ、Ｎは２以上の自然数、
Ｑ１，Ｑ２，・・・ＱＮは自然数）で発振するものとす
れぱ、 λ（ｑ１）＝λ（Ｑ１）かつ、λ（ｑ２）＝λ（Ｑ２） ・・・（式５） が要求されるが、（式５）を満たすかぎり、利得中心波
長から大きくずれていなければ、ｑ１、ｑ２、Ｑ１、Ｑ
２は自由に選択可能である。したがって、所望のＱスイ
ッチレーザ部１の複数のモード（Ｑ１、Ｑ２、・・・）
が決まれば、（式１）−（式５）より、 ｑ１／Ｑ１＝ｑ２／Ｑ２＝ｑ３／Ｑ３＝・・・＝ｑＮ／ＱＮ ・・・（式６） を満たすように注入レーザ部２の共振器長を選べばよ
い。モード数が増えても、同様の原理に従って、２種の
レーザを選べぱよい。Then, according to the present invention, the Q-switch laser unit 1 can be oscillated in a plurality of modes. That is, light having a spectrum of two or more frequencies is used as the injection light, and the wavelength distribution of the injection light and the resonator mode of the Q switch laser unit 1 are selected so as to overlap with each other. Can be oscillated. If the injection laser section 2 oscillates stably at a plurality of wavelengths, the Q-switch laser section 1 into which the light emitted from the injection laser section 2 has been injected can also stably oscillate. Compared to the wavelength identity required for injection locking, injection locking, that is, the margin of the wavelength difference required for injection seeding is usually wide, so in the case of multiple modes, operation is possible even with a slight frequency difference. is there. The frequency ν (q) of the longitudinal mode of the injection laser unit 2 is given by ν (q) = qc / (2l) (Equation 1), and the wavelength λ (q) is λ (q) = 2l / q (Expression 2) Here, νq is the laser oscillation frequency of the injection laser unit 2, l is the reciprocating or one round resonator optical path length, c is the speed of light in vacuum, and q is a natural number. The frequency of the resonator mode of the Q-switched laser unit 1 is given by ν (Q) = Qc / (2L) (Equation 3), where L is a reciprocating resonator optical path length and Q is a natural number. The wavelength λ (Q) is given by λ (Q) = 2L / Q (Equation 4). The injection laser unit 2 is, as shown in FIG.
q = q1, q2,... qN (however, q1 <q2 <·
.. <QN, N is a natural number of 2 or more, q1, q2,.
.. QN (where Q1 <Q2 <... <QN, where N is 2 or more) as shown in FIG. Natural number,
Q1, Q2,..., QN are natural numbers), and λ (q1) = λ (Q1) and λ (q2) = λ (Q2) (Equation 5) are required. Is not significantly deviated from the gain center wavelength as long as (Equation 5) is satisfied, q1, q2, Q1, Q
2 can be freely selected. Therefore, a desired plurality of modes (Q1, Q2,...) Of the Q-switched laser unit 1
Is determined, from (Equation 1)-(Equation 5), q1 / Q1 = q2 / Q2 = q3 / Q3 =... = QN / QN (Equation 6) What is necessary is just to select the resonator length. Even if the number of modes increases, two types of lasers may be selected according to the same principle.
【００２１】なお、上述のような条件を満足させる手段
としては、注入レーザ部２に圧電素子、いわゆるＰＺＴ
からなるアクチュエータを設け、この注入レーザ部２の
共振器長を制御して、注入レーザ光の周波数を制御する
こととしてもよい。そして、注入レーザ部２より出力さ
れた注入レーザ光を、音響光学変調器、いわゆるＡＯＭ
や電気光学変調器、いわゆるＥＯＭ、位相変調器によっ
て周波数変調することとしてもよい。As means for satisfying the above conditions, a piezoelectric element, so-called PZT
May be provided to control the resonator length of the injection laser unit 2 to control the frequency of the injection laser light. The injection laser light output from the injection laser unit 2 is converted into an acousto-optic modulator, so-called AOM
Alternatively, the frequency may be modulated by an electro-optic modulator, a so-called EOM, or a phase modulator.
【００２２】そして、注入レーザ部２がレーザダイオー
ドである場合においては、この注入レーザ部２よりの出
力光、すなわち、注入レーザ光は、Ｑスイッチレーザ部
１の複数の縦モードに亘って波長広がりを持つことも可
能となる。この場合においては、注入レーザ光の波長広
がりの範囲内において、Ｑスイッチレーザ部１において
複数の縦モードの発振が行われる。When the injection laser section 2 is a laser diode, the output light from the injection laser section 2, that is, the injection laser light has a wavelength spread over a plurality of longitudinal modes of the Q switch laser section 1. It is also possible to have In this case, a plurality of longitudinal modes are oscillated in the Q-switch laser unit 1 within the range of the wavelength spread of the injected laser light.
【００２３】この場合においては、レーザダイオードの
発振波長の選択や選別を行うことにより、レーザダイオ
ードの出射光の中心周波数をＱスイッチレーザ光源の発
振利得中心に略々一致させることができる。レーザダイ
オードにおいては、周波数調整電流の調整、温度の調
整、印加電圧の調整によって、発振波長の選択や選別を
行うことができる。In this case, by selecting and selecting the oscillation wavelength of the laser diode, the center frequency of the light emitted from the laser diode can be made to substantially coincide with the oscillation gain center of the Q-switch laser light source. In the laser diode, the oscillation wavelength can be selected and selected by adjusting the frequency adjustment current, adjusting the temperature, and adjusting the applied voltage.
【００２４】また、注入レーザ部２が電子、分子、イオ
ン等からの発光を用いる光源である場合においては、電
子、分子、イオン等からの発光波長の選択や選別を行う
ことにより、注入レーザ部２の出射光の中心周波数をＱ
スイッチレーザ光源の発振利得中心に略々一致させるこ
とができる。When the injection laser unit 2 is a light source that uses light emission from electrons, molecules, ions, and the like, selection and selection of emission wavelengths from electrons, molecules, ions, and the like are performed. The center frequency of the outgoing light of No. 2 is Q
The center of oscillation gain of the switch laser light source can be substantially matched.
【００２５】また、注入レーザ部２が、図５中（ａ）に
示すように、横多モードで発振しており、複数の周波数
で発振していても、同様の手法が利用できる。通常、Ｑ
スイッチレーザ部１の共振器長Ｌは長く、注入レーザ部
２の共振器長ｌは短いから、Ｑスイッチレーザ部１の共
振器モード間隔に対して注入レーザ部２の縦モード間隔
は何倍かに広くなる。したがって、Ｑスイッチレーザ部
１において互いに近接する共振器縦モードを同時に励振
する注入レーザ部２の縦モードを発振させることは難し
い。このときは、注入レーザ部２の横モードを利用する
ことで、この注入レーザ部２の縦モード間隔よりも小さ
い間隔の複数モードを発振させることができ、このとき
の出力光をＱスイッチレーザ部１に注入すればよい。こ
のとき、注入レーザ部２の発振波長λqmnは、 λqmn＝２ｌ／〔ｑ＋（ｍ＋ｎ＋１）（Arccos（±√ｇ1ｇ2））／π〕 ・・・（式７） で与えられる。ここに、ｑ、ｍ、ｎは自然数で、ｑは縦
モードの次数、ｍ、ｎは横モードの次数に相当する。ま
た、ｇ1、ｇ2は共振器を構成するミラーの曲率半径をＲ
１、Ｒ２としておおよそ次の量で与えられる。Also, as shown in FIG. 5A, the injection laser unit 2 oscillates in a multi-lateral mode and oscillates at a plurality of frequencies, and the same method can be used. Usually Q
Since the cavity length L of the switch laser unit 1 is long and the cavity length 1 of the injection laser unit 2 is short, the longitudinal mode interval of the injection laser unit 2 is several times larger than the cavity mode interval of the Q switch laser unit 1. It becomes wider. Therefore, it is difficult for the Q-switch laser unit 1 to oscillate the longitudinal mode of the injection laser unit 2 that simultaneously excites the resonator longitudinal modes that are close to each other. At this time, by utilizing the transverse mode of the injection laser unit 2, a plurality of modes having an interval smaller than the vertical mode interval of the injection laser unit 2 can be oscillated. 1 only. In this case, the oscillation wavelength Ramudaqmn the injection laser unit 2 is given by λqmn = 2l / [q + (m + n + 1 ) (Arccos (± √g 1 g 2)) / π ] (Equation 7). Here, q, m, and n are natural numbers, q corresponds to the order of the vertical mode, and m and n correspond to the order of the horizontal mode. G 1 and g 2 represent the radius of curvature of the mirror constituting the resonator as R
1, given as approximately R2 in the following amounts:
【００２６】 ｇ1＝１−ｌ／Ｒ１，ｇ2＝１−ｌ／Ｒ２ ・・・（式８） このように、注入レーザ部２の横モードの使用により、
注入レーザ部２の共振器長を長くすることによって共振
器縦モード間隔を狭くすることなく、すなわち、注入レ
ーザ部２の共振器長を適当なサイズとしたままで、図５
中（ｂ）に示すように、Ｑスイッチレーザ部１から、狭
い周波数間隔の複数の波長の出力光を得ることが可能に
なる。G 1 = 1-l / R1, g 2 = 1-l / R2 (Equation 8) As described above, by using the lateral mode of the injection laser unit 2,
By increasing the cavity length of the injection laser unit 2 without reducing the cavity longitudinal mode interval, that is, while keeping the cavity length of the injection laser unit 2 at an appropriate size, FIG.
As shown in the middle (b), it is possible to obtain output light of a plurality of wavelengths at narrow frequency intervals from the Q-switch laser unit 1.
【００２７】例えば、簡単な例としてＲ１＝∞、Ｒ２＝
５０ｍｍ、ｌ＝３０ｍｍの場合、ｇ1＝１、ｇ2＝０．４
となり、ｍ＝１、ｎ＝０のＴＥＭ１０モードの場合、ｑ
の等しいＴＥＭ００モードとの波長差は（式７）を計算
して、ｑの１だけ異なる縦モード間隔に比べて０．２８
倍の小さい波長差になる。したがって、この注入レーザ
部２を複数横モードで発振させ、この複数波長の出力光
を注入することで、横基本モードのＱスイッチレーザ部
１における近接する共振器縦モードを発振させることが
可能となる。For example, as a simple example, R1 = ∞, R2 =
In the case of 50 mm and l = 30 mm, g 1 = 1 and g 2 = 0.4
In the case of the TEM10 mode where m = 1 and n = 0, q
The wavelength difference between the TEM00 mode and the TEM00 mode is calculated by calculating (Equation 7), and 0.28 compared to the longitudinal mode interval different by 1 of q.
The wavelength difference becomes twice as small. Therefore, by oscillating the injection laser section 2 in a plurality of transverse modes and injecting the output light of the plurality of wavelengths, it is possible to oscillate the adjacent resonator longitudinal mode in the Q-switch laser section 1 in the transverse fundamental mode. Become.
【００２８】そして、このレーザ光発生装置において
は、Ｑスイッチレーザ部１よりの出力光を、周波数制御
手段、例えば、音響光学変調器、いわゆるＡＯＭや電気
光学変調器、いわゆるＥＯＭや位相変調器を用いて変調
することとしてもよい。このような変調を行うことで、
波長幅を広くできるとともに、発振モード数を増やすこ
とができる。また、Ｑスイッチレーザ部１よりの出力光
を、非線形光学素子を用いて波長変換したり、ｎ次高調
波（ただし、ｎは、２以上の整数）を発生させることと
してもよい。このように、Ｑスイッチレーザ部１よりの
出力光を波長変換する場合には、この波長変換後の波長
に応じて、注入レーザ部２の発振波長を選択することが
できる。In this laser light generator, the output light from the Q-switch laser unit 1 is transmitted to frequency control means, for example, an acousto-optic modulator, so-called AOM or electro-optic modulator, so-called EOM or phase modulator. The modulation may be performed using the modulation. By performing such modulation,
The wavelength width can be widened and the number of oscillation modes can be increased. Further, the output light from the Q-switch laser unit 1 may be subjected to wavelength conversion using a non-linear optical element, or may generate an n-th harmonic (where n is an integer of 2 or more). As described above, when the wavelength of the output light from the Q-switch laser unit 1 is converted, the oscillation wavelength of the injection laser unit 2 can be selected according to the wavelength after the wavelength conversion.
【００２９】[0029]
【発明の効果】上述のように、本発明に係るレーザ光発
生装置においては、複数の周波数でＱスイッチレーザ光
源を発振させることができ、かつ、中心周波数と波長幅
とを含む縦モード分布を安定して制御することができ
る。As described above, in the laser light generator according to the present invention, the Q-switch laser light source can be oscillated at a plurality of frequencies, and the longitudinal mode distribution including the center frequency and the wavelength width is obtained. It can be controlled stably.
【００３０】そのため、このレーザ光発生装置において
は、広い波長範囲で、出力光の波長幅を所望の範囲に安
定に制御することが可能である。また、このレーザ光発
生装置においては、場合によっては、複数モードのＱス
イッチ出力光を変調素子に通すことで、さらに精密な波
長幅の制御が可能である。Therefore, in this laser light generator, it is possible to stably control the wavelength width of output light to a desired range over a wide wavelength range. Further, in this laser light generating device, in some cases, it is possible to control the wavelength width more precisely by passing the Q-switch output light in a plurality of modes through the modulation element.
【００３１】さらに、このレーザ光発生装置において
は、従来の装置に比べて高周波における変調を避けるこ
とができるため、使用する部品の点数、価格及びビーム
の振れ、外部への高周波の漏れを低減させることが可能
である。そして、このレーザ光発生装置においては、波
長変換の効率を上昇させることも可能である。Further, in this laser light generating device, since modulation at a high frequency can be avoided as compared with the conventional device, the number of components to be used, the price, the deflection of the beam, and the leakage of the high frequency to the outside are reduced. It is possible. In this laser light generator, the efficiency of wavelength conversion can be increased.
【００３２】これによって、応用分野における光のコヒ
ーレンス特性を広い範囲で制御し、波長分散回避、波長
変換効率の最適化、スぺックル除去、複数波長分光の目
的において、可能性を拡大することができるものであ
る。This makes it possible to control the coherence characteristics of light in a wide range in the application field, thereby expanding the possibilities for avoiding chromatic dispersion, optimizing wavelength conversion efficiency, removing speckles, and multi-wavelength spectroscopy. You can do it.
【図１】本発明に係るレーザ光発生装置の構成を示す平
面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a laser light generator according to the present invention.
【図２】上記レーザ光発生装置の要部の構成を示す斜視
図である。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a main part of the laser light generator.
【図３】上記レーザ光発生装置における注入レーザ部の
共振器縦モードと出力波長分布を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a resonator longitudinal mode and an output wavelength distribution of an injection laser unit in the laser light generator.
【図４】上記レーザ光発生装置におけるＱスイッチレー
ザ部の共振器縦モードと出力波長分布を示すグラフであ
る。FIG. 4 is a graph showing a resonator longitudinal mode and an output wavelength distribution of a Q switch laser unit in the laser light generator.
【図５】（ａ）は上記レーザ光発生装置における注入レ
ーザ部の共振器縦モード及び横モードと出力波長分布を
示すグラフであり、（ｂ）は上記レーザ光発生装置にお
いて注入レーザ部の横モードを用いて発振させたＱスイ
ッチレーザ部の共振器縦モードと出力波長分布を示すグ
ラフである。5A is a graph showing a resonator longitudinal mode and a transverse mode and an output wavelength distribution of an injection laser unit in the laser light generator, and FIG. 5B is a graph showing a lateral direction of the injection laser unit in the laser light generator. 6 is a graph showing a resonator longitudinal mode and an output wavelength distribution of a Q-switch laser unit oscillated using a mode.
【図６】Ｑスイッチレーザ部においてＱスイッチがオフ
の場合の光路を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an optical path when a Q switch is turned off in the Q switch laser unit.
【図７】Ｑスイッチレーザ部においてＱスイッチがオン
の場合の光路を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an optical path when a Q switch is turned on in the Q switch laser unit.
１ Ｑスイッチレーザ部、２ 注入レーザ部、１３，１
４ 共振器ミラー、１８ ＱＷＰ、２２ 共振器、２４
アクチュエータ、２５ 光アイソレータ、２６ 光変
調器1 Q switch laser section, 2 injection laser section, 13, 1
4 resonator mirror, 18 QWP, 22 resonator, 24
Actuator, 25 optical isolator, 26 optical modulator
Claims (20)
って波長広がりをもつ出射光を出射する注入波光源とを
備え、 上記注入波光源の出射光を上記Ｑスイッチレーザ光源に
注入同期して、Ｑスイッチレーザ光源を複数の周波数で
発振させることを特徴とするレーザ光発生装置。1. A Q-switched laser light source comprising: a Q-switched laser light source; and an injection-wave light source that emits outgoing light having a wavelength spread over a plurality of resonator longitudinal modes of the Q-switched laser light source. A laser light generator, wherein the Q-switched laser light source is oscillated at a plurality of frequencies in synchronization with the injection of the Q-switched laser light source.
レーザ光源の発振利得中心に略々一致していることを特
徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。2. The laser light generator according to claim 1, wherein a center frequency of the injection wave light source substantially coincides with an oscillation gain center of the Q-switched laser light source.
レーザ光源の発振利得中心とを略々一致させる調整手段
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生
装置。3. The laser light generating apparatus according to claim 1, further comprising an adjusting means for making a center frequency of the injection wave light source substantially coincide with an oscillation gain center of the Q-switched laser light source.
を特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。4. The laser light generator according to claim 1, wherein the light emitted from the injection wave light source is a continuous wave.
光源の出射光に同期して注入されるパルス光を出射する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。5. The laser light generator according to claim 1, wherein the injection laser light source emits a pulse light injected in synchronization with the light emitted from the Q-switch laser light source.
光源よりの出力光を、このＱスイッチレーザ光源の外部
に設けられた音響光学素子または電気光学素子によって
変調し、該出力光の波長分布を変更することを特徴とす
る請求項１記載のレーザ光発生装置。6. An output light from a Q-switched laser light source that oscillates at a plurality of frequencies is modulated by an acousto-optic device or an electro-optical device provided outside the Q-switched laser light source to change the wavelength distribution of the output light. The laser light generator according to claim 1, wherein
は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＶＯ4レーザで
あることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装
置。7. The laser light generator according to claim 1, wherein the injection light source and the Q-switched laser light source are Nd: YAG laser or Nd: YVO 4 laser.
光源よりの出力光を、非線形光学素子を用いて波長変換
し、該Ｑスイッチレーザ光源よりの出力光とは異なる波
長の出力光を発生させることを特徴とする請求項１記載
のレーザ光発生装置。8. An output light from a Q-switch laser light source oscillating in a plurality of modes is wavelength-converted using a nonlinear optical element to generate an output light having a wavelength different from the output light from the Q-switch laser light source. The laser light generator according to claim 1, wherein:
非線形光学素子を用いて波長変換し、所望の波長幅を持
つｎ次高調波光（ただし、ｎは２以上の自然数）を出力
することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装
置。9. An output light from a Q-switch laser light source,
2. The laser beam generator according to claim 1, wherein the wavelength is converted using a nonlinear optical element, and n-th harmonic light (where n is a natural number of 2 or more) having a desired wavelength width is output.
源に注入同期して、Ｑスイッチレーザ光源を複数の周波
数で発振させることを特徴とするレーザ光発生装置。10. A Q-switched laser light source, and an injection laser light source that oscillates at a plurality of frequencies. A laser light generator that oscillates at a frequency.
ν（Ｑ１），ν（Ｑ２），・・・ν（ＱＮ）（ただし、
Ｎは２以上の自然数で、１乃至Ｎは発振縦モード数を表
し、Ｑ１，Ｑ２，・・・ＱＮは自然数を表す）とし、注
入レーザ光源の発振周波数をν（ｑ１），ν（ｑ２），
・・・ν（ｑＮ）（ただし、Ｎは２以上の自然数で、１
乃至Ｎは発振縦モード数を表し、ｑ１，ｑ２，・・・ｑ
Ｎは自然数を表す）としたとき、 ｑ１／Ｑ１＝ｑ２／Ｑ２＝・・・＝ｑＮ／ＱＮ （ただし、ν（ｑ）＝ｑｃ／（２ｌ）、ν（Ｑ）＝Ｑｃ
／（２Ｌ）、ここで、ｃは真空中の光速、ｌは連続波レ
ーザ光源の共振器光路長、ＬはＱスイッチレーザ光源の
共振器光路長）が満足されていることを特徴とする請求
項１０記載のレーザ光発生装置。11. The oscillation frequency of the Q-switched laser light source is ν (Q1), ν (Q2),.
N is a natural number of 2 or more, 1 to N represent the number of oscillation longitudinal modes, and Q1, Q2,... QN represent natural numbers), and the oscillation frequencies of the injection laser light source are ν (q1) and ν (q2). ,
... ν (qN) (where N is a natural number of 2 or more and 1
To N represent the number of oscillation longitudinal modes, and q1, q2,.
When N is a natural number, q1 / Q1 = q2 / Q2 =... = QN / QN (where ν (q) = qc / (2l), ν (Q) = Qc
/ (2L), where c is the speed of light in vacuum, l is the cavity optical path length of the continuous wave laser light source, and L is the cavity optical path length of the Q-switched laser light source. Item 11. The laser light generator according to Item 10.
発振する連続波レーザ光源と、この連続波レーザ光源の
出射光の波長分布を制御して複数周波数に変調する波長
制御手段とから構成されていることを特徴とする請求項
１０記載のレーザ光発生装置。12. An injection-wave laser light source comprises: a continuous-wave laser light source oscillating at a single longitudinal frequency; The laser beam generator according to claim 10, wherein the laser beam is generated.
スイッチレーザ光源の共振器縦モード周波数と略々一致
していることを特徴とする請求項１０記載のレーザ光発
生装置。13. The oscillation frequency of an injection laser light source is Q
11. The laser light generator according to claim 10, wherein the frequency substantially coincides with the resonator longitudinal mode frequency of the switch laser light source.
光源との相対的周波数または間隔を調整する調整手段を
備えたことを特徴とする請求項１０記載のレーザ光発生
装置。14. The laser light generator according to claim 10, further comprising adjusting means for adjusting a relative frequency or an interval between the injection wave laser light source and the Q-switch laser light source.
ことを特徴とする請求項１０記載のレーザ光発生装置。15. The laser light generator according to claim 10, wherein the injection wave laser light source is a continuous wave light source.
ザ光源の出射光に同期して注入されるパルス光を出射す
ることを特徴とする請求項１０記載のレーザ光発生装
置。16. The laser light generator according to claim 10, wherein the injection laser light source emits pulse light injected in synchronization with light emitted from the Q-switch laser light source.
ザ光源よりの出力光を、このＱスイッチレーザ光源の外
部に設けられた音響光学素子または電気光学素子によっ
て変調し、該出力光の波長分布を変更することを特徴と
する請求項１０記載のレーザ光発生装置。17. An output light from a Q-switch laser light source that oscillates at a plurality of frequencies is modulated by an acousto-optic element or an electro-optical element provided outside the Q-switch laser light source to change the wavelength distribution of the output light. 11. The laser light generator according to claim 10, wherein:
ザ光源は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＶＯ4レ
ーザであるを特徴とする請求項１０記載のレーザ光発生
装置。18. The laser light generator according to claim 10, wherein the injection laser light source and the Q-switch laser light source are Nd: YAG laser or Nd: YVO 4 laser.
ザ光源よりの出力光を、非線形光学素子を用いて波長変
換し、該Ｑスイッチレーザ光源よりの出力光とは異なる
波長の出力光を発生させることを特徴とする請求項１０
記載のレーザ光発生装置。19. Output light from a Q-switch laser light source oscillating in a plurality of modes is wavelength-converted using a non-linear optical element to generate output light having a wavelength different from the output light from the Q-switch laser light source. 11. The method according to claim 10, wherein
The laser light generator according to any one of the preceding claims.
を、非線形光学素子を用いて波長変換し、所望の波長幅
を持つｎ次高調波光（ただし、ｎは２以上の自然数）を
出力することを特徴とする請求項１０記載のレーザ光発
生装置。20. Converting the output light from a Q-switched laser light source to a wavelength using a non-linear optical element, and outputting an n-th harmonic light (where n is a natural number of 2 or more) having a desired wavelength width. The laser light generator according to claim 10, wherein:
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