JPH1146031A - 分散の高次微分を用いたｙａｇ・ｓｈｇレーザの安定化装置 - Google Patents
分散の高次微分を用いたｙａｇ・ｓｈｇレーザの安定化装置Info
- Publication number
- JPH1146031A JPH1146031A JP23324497A JP23324497A JPH1146031A JP H1146031 A JPH1146031 A JP H1146031A JP 23324497 A JP23324497 A JP 23324497A JP 23324497 A JP23324497 A JP 23324497A JP H1146031 A JPH1146031 A JP H1146031A
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- sound wave
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光の強度変化、よう素セル内の圧力変化、よう
素分子の近接吸収線の存在の影響を受けないＬＤ励起の
ＹＡＧ・ＳＨＧレーザの周波数安定化装置の提供を行
う。 【構成】ＬＤ励起のＹＡＧ・ＳＨＧレーザ光を進行音波
と反射音波が共存する光音響素子で回折せしめ、この回
折光と、この回折光を進行音波のみが存在する他の光音
響素子で回折させた光を、よう素セルを通過せしめ、こ
れら２つの通過光の位相差を検出し、この位相差が一定
値になるように前記レーザの周波数を制御する。
素分子の近接吸収線の存在の影響を受けないＬＤ励起の
ＹＡＧ・ＳＨＧレーザの周波数安定化装置の提供を行
う。 【構成】ＬＤ励起のＹＡＧ・ＳＨＧレーザ光を進行音波
と反射音波が共存する光音響素子で回折せしめ、この回
折光と、この回折光を進行音波のみが存在する他の光音
響素子で回折させた光を、よう素セルを通過せしめ、こ
れら２つの通過光の位相差を検出し、この位相差が一定
値になるように前記レーザの周波数を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はよう素分子の分散曲
線を用いた周波数安定化ＹＡＧ・ＳＨＧレーザに関する
ものである。
線を用いた周波数安定化ＹＡＧ・ＳＨＧレーザに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術分野】ＹＡＧ・ＳＨＧレーザの可変波長領
域内にはよう素分子Ｉ２の吸収線の数は多く、その１つ
ひとつのスペクトルの広がりの内部に数多くのドップラ
ーフリーの飽和吸収スペクトルが存在し、このドップラ
ーフリーのスペクトルを用いた高確度の安定化レーザは
数多く報告されているが、これらは工場現場向きではな
い。
域内にはよう素分子Ｉ２の吸収線の数は多く、その１つ
ひとつのスペクトルの広がりの内部に数多くのドップラ
ーフリーの飽和吸収スペクトルが存在し、このドップラ
ーフリーのスペクトルを用いた高確度の安定化レーザは
数多く報告されているが、これらは工場現場向きではな
い。
【０００３】また、よう素分子のドップラー吸収を用い
るものや分散を利用したものが発表されている。前者の
ドップラー吸収を用いるものにおいては、レーザの波長
変化に従ってレーザの強度が変化する場合があるが、こ
のような時には吸収の中心点を見付けることが不可能と
なる。また後者の分散を利用する方法においては、吸収
線が近接している場合分散曲線の異常分散部の曲線がｎ
ｏ線を横切る点が近接線の影響を受けその点の決定が困
難となる。ｎｏは吸収から十分離れた波長における屈折
率である。
るものや分散を利用したものが発表されている。前者の
ドップラー吸収を用いるものにおいては、レーザの波長
変化に従ってレーザの強度が変化する場合があるが、こ
のような時には吸収の中心点を見付けることが不可能と
なる。また後者の分散を利用する方法においては、吸収
線が近接している場合分散曲線の異常分散部の曲線がｎ
ｏ線を横切る点が近接線の影響を受けその点の決定が困
難となる。ｎｏは吸収から十分離れた波長における屈折
率である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はレーザの波長
変化に際しレーザ強度の変化が伴う場合、また異常分散
曲線が近接スペクトルの分散曲線の上に乗る形になって
その影響を受けている場合、強度変化や近接線の分散の
影響をなくするか小さくし、吸収線本来の中心部にレー
ザ光の波長を一致させ得る事が出来、しかも工場現場で
の使用に耐え得るレーザを提供することを課題とする。
変化に際しレーザ強度の変化が伴う場合、また異常分散
曲線が近接スペクトルの分散曲線の上に乗る形になって
その影響を受けている場合、強度変化や近接線の分散の
影響をなくするか小さくし、吸収線本来の中心部にレー
ザ光の波長を一致させ得る事が出来、しかも工場現場で
の使用に耐え得るレーザを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】波長変化に伴いレーザ強
度が変化するという現象に影響されないという条件から
吸収スペクトルを利用することは不可能である。従っ
て、分散曲線を利用することになる。分散曲線を利用す
る場合レーザの発振波長（以下波長に代り周波数で表
現）を振動的に変化させるか、２周波光が用いられる
が、２周波光は光音響素子を用いて容易に作ることがで
きる。
度が変化するという現象に影響されないという条件から
吸収スペクトルを利用することは不可能である。従っ
て、分散曲線を利用することになる。分散曲線を利用す
る場合レーザの発振波長（以下波長に代り周波数で表
現）を振動的に変化させるか、２周波光が用いられる
が、２周波光は光音響素子を用いて容易に作ることがで
きる。
【０００６】本発明においては安価に入手できる光音響
素子（以下ＡＯＭと記す）を用いることを前提とする。
分散曲線を知るためにはある周波数における屈折率を知
る必要がある。本発明においては光ヘテロダイン干渉を
用いて屈折率を求める事とする。光ヘテロダイン信号は
２周波光の干渉によってつくられるが干渉光の光路が異
なる場合かならず振動等の外乱の影響を受けヘテロダイ
ン信号は安定しない。２周波光を全く同じ共通光路にお
くとこの問題は解決する。以下共通光路をコモンパスと
呼ぶ。
素子（以下ＡＯＭと記す）を用いることを前提とする。
分散曲線を知るためにはある周波数における屈折率を知
る必要がある。本発明においては光ヘテロダイン干渉を
用いて屈折率を求める事とする。光ヘテロダイン信号は
２周波光の干渉によってつくられるが干渉光の光路が異
なる場合かならず振動等の外乱の影響を受けヘテロダイ
ン信号は安定しない。２周波光を全く同じ共通光路にお
くとこの問題は解決する。以下共通光路をコモンパスと
呼ぶ。
【０００７】分散曲線とその微分曲線を図１に示す。
（ａ）は分散曲線であり近接スペクトルの影響で高．低
周波側の漸近線の高さが異なっている。（ｂ）は１次微
分曲線である。この１次微分曲線を制御に使用するとす
れば、この曲線のピーク即ち吸収のピークを目標値とす
ることはむつかしい。（ｃ）は２次微分曲線であり吸収
のピークは分散曲線のスロープの急な所に対応しており
本発明は制御の目標値をこの点においている。この図１
におけるｆｄは１ＧＨｚ程度である。
（ａ）は分散曲線であり近接スペクトルの影響で高．低
周波側の漸近線の高さが異なっている。（ｂ）は１次微
分曲線である。この１次微分曲線を制御に使用するとす
れば、この曲線のピーク即ち吸収のピークを目標値とす
ることはむつかしい。（ｃ）は２次微分曲線であり吸収
のピークは分散曲線のスロープの急な所に対応しており
本発明は制御の目標値をこの点においている。この図１
におけるｆｄは１ＧＨｚ程度である。
【０００８】次はコモンパスの光ヘテロダインにより２
次微分曲線を求める手段について説明する。一般のＡＯ
Ｍにおいては音波セルの末端において反射音波が吸収さ
れるよう工夫されているが、ここではその逆に音波の吸
収を無くし強い反射音波が発生する音波セルを用いる。
（このミスマッチは色々な方で実現できる）すると、こ
のＡＯＭによるブラグ回折光は、ＡＯＭの駆動周波数の
２倍の周波数差を持つコモンパスの光となる。ＡＯＭの
周波数ｆａが８０ＭＨｚであるとするとコモンパスの２
周波光の周波数差は１６０ＭＨｚという事になる。その
様子を図２（ａ）に示すがｆａは１６０ＭＨｚとなる。
このような２周波レーザの中心周波数ｆＬの走引を行う
とｆａが前記のｆｄに比して小さいことから図１（ｂ）
のごとき微分曲線が得られる。即ち進行音波と反射音波
が共存する第１のＡＯＭの回折光をよう素セルを通し、
セルの通過後と通過前の１６０ＭＨｚの信号波の位相差
を測りながらレーザ周波数の走引を行うと１次微分曲線
が得られることになる。
次微分曲線を求める手段について説明する。一般のＡＯ
Ｍにおいては音波セルの末端において反射音波が吸収さ
れるよう工夫されているが、ここではその逆に音波の吸
収を無くし強い反射音波が発生する音波セルを用いる。
（このミスマッチは色々な方で実現できる）すると、こ
のＡＯＭによるブラグ回折光は、ＡＯＭの駆動周波数の
２倍の周波数差を持つコモンパスの光となる。ＡＯＭの
周波数ｆａが８０ＭＨｚであるとするとコモンパスの２
周波光の周波数差は１６０ＭＨｚという事になる。その
様子を図２（ａ）に示すがｆａは１６０ＭＨｚとなる。
このような２周波レーザの中心周波数ｆＬの走引を行う
とｆａが前記のｆｄに比して小さいことから図１（ｂ）
のごとき微分曲線が得られる。即ち進行音波と反射音波
が共存する第１のＡＯＭの回折光をよう素セルを通し、
セルの通過後と通過前の１６０ＭＨｚの信号波の位相差
を測りながらレーザ周波数の走引を行うと１次微分曲線
が得られることになる。
【０００９】次の該第１のＡＯＭの回折光即ち第１の回
折光を周波数がｆｂの進行音波のみを有する第２のＡＯ
Ｍで回折させると、回折された第２の回折光は図２
（ｂ）の点線のごとく第１のＡＯＭの回折光の２周波に
対しｆｂだけシフトしかつ２ｆａだけ周波数が異なる２
周波光となる。従って第１の回折光と第２の回折光をよ
う素セルを通過させ、両回折光の位相差を測ると周波数
がｆｂだけ異なる２組の同じ周波数差の光で走引を行う
ことになるので図１（ｃ）のごとき２次微分曲線が得ら
れる事となる。ここで装置構成を簡単にするためｆａと
ｆｂを同じ値にしてもよい。（図２（ｃ））また図２に
おいては第２のＡＯＭの高周波側の回折を用いているが
低周波側のそれを用いてもよい。さらに両回折光を同じ
よう素セルを通してもよく、異なったよう素セルを通し
てもよい。
折光を周波数がｆｂの進行音波のみを有する第２のＡＯ
Ｍで回折させると、回折された第２の回折光は図２
（ｂ）の点線のごとく第１のＡＯＭの回折光の２周波に
対しｆｂだけシフトしかつ２ｆａだけ周波数が異なる２
周波光となる。従って第１の回折光と第２の回折光をよ
う素セルを通過させ、両回折光の位相差を測ると周波数
がｆｂだけ異なる２組の同じ周波数差の光で走引を行う
ことになるので図１（ｃ）のごとき２次微分曲線が得ら
れる事となる。ここで装置構成を簡単にするためｆａと
ｆｂを同じ値にしてもよい。（図２（ｃ））また図２に
おいては第２のＡＯＭの高周波側の回折を用いているが
低周波側のそれを用いてもよい。さらに両回折光を同じ
よう素セルを通してもよく、異なったよう素セルを通し
てもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】半導体レーザ（ＬＤ）励起された
ＬＤ−ＹＡＧ・ＳＨＧレーザ光の全部かあるいはい一部
を、最初に進行音波と反射音波の存在する第１の光音響
素子を通過回折させて周波数差が２ｆａの第１の２周波
光をつくり、この光を進行音波のみを有する第２の光音
響素子を通過回折させて周波数差は２ｆａであるが、周
波数が第１の光とｆｂだけ異なる第２の２周波光を作
る。第１の（２周波）光と、第２の（２周波）光をよう
素の吸収セルを通過させるにはいくつかの方法が考えら
れる。
ＬＤ−ＹＡＧ・ＳＨＧレーザ光の全部かあるいはい一部
を、最初に進行音波と反射音波の存在する第１の光音響
素子を通過回折させて周波数差が２ｆａの第１の２周波
光をつくり、この光を進行音波のみを有する第２の光音
響素子を通過回折させて周波数差は２ｆａであるが、周
波数が第１の光とｆｂだけ異なる第２の２周波光を作
る。第１の（２周波）光と、第２の（２周波）光をよう
素の吸収セルを通過させるにはいくつかの方法が考えら
れる。
【００１１】第２の光音響素子の回折をしない通過光を
第１の光とし、該第２の光音響素子の回折光を第２の光
としてよう素セルを通過させる法、第１の素子の回折光
をビーム分割した後第２の光の近傍に導きセルを通過さ
せる法、さらに第１の光の偏光を第２の光の偏光と直交
させて重ね合わせてセルを通過させる法などである。特
に最後の法では重ねられた光は直交２周波光の組となっ
ているので、この光をレーザの出力光として利用する事
も考えられる。
第１の光とし、該第２の光音響素子の回折光を第２の光
としてよう素セルを通過させる法、第１の素子の回折光
をビーム分割した後第２の光の近傍に導きセルを通過さ
せる法、さらに第１の光の偏光を第２の光の偏光と直交
させて重ね合わせてセルを通過させる法などである。特
に最後の法では重ねられた光は直交２周波光の組となっ
ているので、この光をレーザの出力光として利用する事
も考えられる。
【００１２】よう素セルを通過した第１、第２の光は２
つの光検知器で電気信号に変換され、電気信号の位相差
を求めこの位相差が一定になるようＬＤ−ＹＡＧ・ＳＨ
Ｇレーザの発振周波数を制御する。
つの光検知器で電気信号に変換され、電気信号の位相差
を求めこの位相差が一定になるようＬＤ−ＹＡＧ・ＳＨ
Ｇレーザの発振周波数を制御する。
【００１３】ただ、前記の２つの検知器で得られる電気
信号の周波数は普通４０〜８０ＭＨｚであるので、その
ままで位相差を求めるよりも、該周波数に近い周波数の
局部発信機をもうけミキサを用いて低周波の電気信号に
変換した後で位相差を求める方が得策である。
信号の周波数は普通４０〜８０ＭＨｚであるので、その
ままで位相差を求めるよりも、該周波数に近い周波数の
局部発信機をもうけミキサを用いて低周波の電気信号に
変換した後で位相差を求める方が得策である。
【００１４】該レーザの周波数の制御には色々な方法が
採用されている。しかし、その中には周波数を変化する
とそれに伴ってレーザの出力強度も変化するというもの
もある。本発明は光の″分散″を利用しているので、レ
ーザ強度の変化の影響を受けないという特長がある。
採用されている。しかし、その中には周波数を変化する
とそれに伴ってレーザの出力強度も変化するというもの
もある。本発明は光の″分散″を利用しているので、レ
ーザ強度の変化の影響を受けないという特長がある。
【００１５】
【実施例】図３に本発明の実施例を示す。ＬＤ−ＹＡＧ
・ＳＨＧレーザ１の光２０は周波数がｆａの音波励起電
源１１で駆動された進行音波と反射音波を有する光音響
素子３に入射する。この素子で回折された周波数の差が
２ｆａの２周波光２１は同じｆａで駆動された進行音波
のみを有する光音響素子４で再び回折される。この素子
の回折光２２は周波数差は２ｆａであるが、周波数が光
２１とｆａだけ異なる光となっている。２周波光２２と
回折しない透過光２３（光２１と同じ）は同じよう素吸
収セル５を通過した後、２つの光検知器６および７で検
知される。検知された電気信号は、それぞれ２ｆａの周
波数を持つがこれらの信号の位相差はレーザ光の周波数
ｆＬが変化するとそれに伴って変化する。本実施例にお
いては、２ｆａ＋△ｆの周波数を持つ局部発振器１２の
出力と前記の２つの信号はミキサ８、９でミクスされ、
差周波△ｆの２組の低周波電気信号となり、位相差測定
回路１０で位相差が求められ、その値が一定になるよう
レーザ１の発振周波数同調部２を駆動する。さらにこの
一定値は図１（ｃ）Ｐ点になるように設定されるものと
する。
・ＳＨＧレーザ１の光２０は周波数がｆａの音波励起電
源１１で駆動された進行音波と反射音波を有する光音響
素子３に入射する。この素子で回折された周波数の差が
２ｆａの２周波光２１は同じｆａで駆動された進行音波
のみを有する光音響素子４で再び回折される。この素子
の回折光２２は周波数差は２ｆａであるが、周波数が光
２１とｆａだけ異なる光となっている。２周波光２２と
回折しない透過光２３（光２１と同じ）は同じよう素吸
収セル５を通過した後、２つの光検知器６および７で検
知される。検知された電気信号は、それぞれ２ｆａの周
波数を持つがこれらの信号の位相差はレーザ光の周波数
ｆＬが変化するとそれに伴って変化する。本実施例にお
いては、２ｆａ＋△ｆの周波数を持つ局部発振器１２の
出力と前記の２つの信号はミキサ８、９でミクスされ、
差周波△ｆの２組の低周波電気信号となり、位相差測定
回路１０で位相差が求められ、その値が一定になるよう
レーザ１の発振周波数同調部２を駆動する。さらにこの
一定値は図１（ｃ）Ｐ点になるように設定されるものと
する。
【００１６】図４は光路系に関する他の実施例である。
この例の光学路系は光音響素子３で回折された光２１は
半透鏡１５でその一部が取り出されて別の光路を通る光
２３となりよう素セル５を通過する例である。
この例の光学路系は光音響素子３で回折された光２１は
半透鏡１５でその一部が取り出されて別の光路を通る光
２３となりよう素セル５を通過する例である。
【００１７】また、図５においては半透鏡１５で分割さ
れた光２３が％波長板１８等で偏光方位が９０゜回転さ
れて２回回折された光２２と偏光ビーム分割器１９で重
ねられ直交２周波としてよう素セル導かれた後、偏光分
割器２６で分割され光検知器６、７に入る。さらに直交
２周波光は半透鏡２７でレーザの出力光として取り出
し、その特徴を活用する事ができる。図６はよう素セル
を２個用いた例である。
れた光２３が％波長板１８等で偏光方位が９０゜回転さ
れて２回回折された光２２と偏光ビーム分割器１９で重
ねられ直交２周波としてよう素セル導かれた後、偏光分
割器２６で分割され光検知器６、７に入る。さらに直交
２周波光は半透鏡２７でレーザの出力光として取り出
し、その特徴を活用する事ができる。図６はよう素セル
を２個用いた例である。
【００１８】
【発明の効果】本発明により、以下に列記する諸量の変
化の影響を受けることのないＬＤ−ＹＡＧ・ＳＨＧレー
ザの周波数安定化の方法が提供されることとなった。 １．周波数制御に併うレーザ出力の変化。 ２．温度変化等に併うレーザ出力の変化。 ３．吸収セル内のよう素の圧力の変化。 ４．光音響素子の回折光と透過光の強度比の変化。 また、近接した吸収線の存在の影響を受けないことも特
徴のひとつである。
化の影響を受けることのないＬＤ−ＹＡＧ・ＳＨＧレー
ザの周波数安定化の方法が提供されることとなった。 １．周波数制御に併うレーザ出力の変化。 ２．温度変化等に併うレーザ出力の変化。 ３．吸収セル内のよう素の圧力の変化。 ４．光音響素子の回折光と透過光の強度比の変化。 また、近接した吸収線の存在の影響を受けないことも特
徴のひとつである。
【図１】本発明の原理の説明図である。
【図２】本発明に手段に関する説明図である。
【図３】本発明の実施例である。
【図４】
【図５】
【図６】本発明の光学路に関する他の実施例である。
１、 ＬＤ−ＹＡＧ・ＳＨＧ
レーザ ２、 周波数同調部 ３、 進行音波と反射音波を
有する光音響素子 ４、 進行音波のみを有する
光音響素子 ５、２５、 よう素吸収セル ６、７、 光検知器 ８、９、 ミキサ １０、 位相差測定回路 １１、 音波励起電源 １２、 局部発振器 １３、１５、２７、 半透鏡 １４、１６、１７、 反射鏡 １８、 １／２波長板 １９、２６、 偏光ビーム分割器 ２０、 レーザ出力光 ２１、 １回回折光 ２２、 ２回回折光 ２３、 １回回折光の透過並び
に反射光 ｆａ、ｆｂ、 光音響素子の音波の周
波数 ｆＬ、 光の周波数 △ｆ、 微小周波数
レーザ ２、 周波数同調部 ３、 進行音波と反射音波を
有する光音響素子 ４、 進行音波のみを有する
光音響素子 ５、２５、 よう素吸収セル ６、７、 光検知器 ８、９、 ミキサ １０、 位相差測定回路 １１、 音波励起電源 １２、 局部発振器 １３、１５、２７、 半透鏡 １４、１６、１７、 反射鏡 １８、 １／２波長板 １９、２６、 偏光ビーム分割器 ２０、 レーザ出力光 ２１、 １回回折光 ２２、 ２回回折光 ２３、 １回回折光の透過並び
に反射光 ｆａ、ｆｂ、 光音響素子の音波の周
波数 ｆＬ、 光の周波数 △ｆ、 微小周波数
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザ等でＮｄを含む結晶（色々な
結晶があるが以下ＹＡＧと称す）を照射しＮｄイオンの
放出する赤外レーザ光をＳＨＧ（セカンドハーモニック
ス発生物質）に照射して得られる可視レーザ光を進行音
波と反射音波が共存する第１の光音響素子に入射し、該
第１の光音響素子で回折された第１の回折光を進行音波
のみを有する第２の光音響素子に入射し、該第２の光音
響素子で回折された第２の回折光と前記の第１の回折光
をよう素（Ｉ２）を封入したセルを通過させ、該セルを
通過した第１の回折光を第１の検知器で、該セルを通過
した第２の回折光を第２の検知器で受光し第１の検知器
から出力される交流信号と、第２の検知器から出力され
る交流信号の位相の差が一定となるように、前記の構成
から成るレーザの発振周波数を制御することを特徴とす
るＹＡＧ・ＳＨＧレーザの安定化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23324497A JPH1146031A (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 分散の高次微分を用いたｙａｇ・ｓｈｇレーザの安定化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23324497A JPH1146031A (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 分散の高次微分を用いたｙａｇ・ｓｈｇレーザの安定化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1146031A true JPH1146031A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16952039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23324497A Pending JPH1146031A (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 分散の高次微分を用いたｙａｇ・ｓｈｇレーザの安定化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1146031A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113399821A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-17 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 激光位图打标装置以及激光位图打标方法 |
-
1997
- 1997-07-24 JP JP23324497A patent/JPH1146031A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113399821A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-17 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 激光位图打标装置以及激光位图打标方法 |
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