JPS58163917A - レ−ザ光量安定化装置 - Google Patents

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】 本発明は、レーザ光量安定化装置、とくに、たとえば光
測定、画像記録などに用いるレーザ光源の出力する光の
強度を外部的に安定化する装置に関するものである。

レーデ光源の出力光は強度が経時的に変動することがあ
るが、この雑音成分をレーデ光源自体においてではなく
外部的に除去し、出力光のうち利用できる光の強度を安
定化する装置には、たとえば次の方式がある。

すなわち、レーザ出力光を音響光学（ＡＯ）光変調器に
入力し、透過した１次回折元の一部を検出して参照信号
との誤差を示す信号を変調器に帰還し、１次回折光を安
定化する方式である。

このような従来の方式では誤差検出の参照信号としてた
とえば画像記録信号を用いることができる利点があるが
、ＡＯ光変調器の１次回折光の強度を制御し、安定化し
ているため次の欠点を生ずる。まず、光変調器による１
次回折光の回折効率は最大７０〜８０％にすぎないので
、安定化後利用可能な光の強度も本来のレーザ出力光の
たかだか７〜８割にとどまる。したがって高い光効率を
要求される応用例には、この１次回折光による安定化方
式は適していない。

次に、光変調器から出力される１次回折光は当然、光変
調器の変調度、すなわちその駆動電力の増加とともに増
加する。これは、利用可能なレーデ光を安定化する制御
系にとっては、レーザー出力光が少ないときほど変調器
に大きい駆動電力が加わることを意味する。したがって
、たとえばレーザ光源の電源投入直後など、レーザ発振
初期における光強度の弱い時期や、突発的な発振停止の
際には、制御系が光強度を大きく上昇させるように動作
し、変調器に大きな駆動電力が加わることになる。これ
がある程度長い期間にわたれば装置が破壊する恐れがあ
シ、、通常、このような事態を防ぐために伺加的な保護
回路が設けられている。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、利用でき
る安定化された光の効率が高いレーザ光量安定化装置を
提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、レーザ出力光の強度が制御範囲を
はずれた場合にも光変調器に過大な負荷が加わることの
ない簡単な回路構成のレーザ光量安定化装置を提供する
ことにある。

これらの目的は本発明によれば、レーザ出力光のうち光
変調器によって回折されない非回折光によって安定化制
御を行なうという思想によって達成される。

本発明によるレーザ光量安定化装置は、入射したレーザ
光を変調度に応じて回折光と非回折光に分離する光変調
手段と、非回折光を受光して非回折光に応じた第１の電
気信号を発生する光電変換手段と、第１の電気信号を基
準信号と比較して第１の電気信号と基準信号との差に関
連した第２の電気信号を発生し、第２の電気信号に応じ
て光変調手段の変調度を制御する帰還制御回路とを含み
、これによって非回折光の光　　　　１゜強度を安定化
するものである。

また、帰還制御回路は、第２の電気信号が負になったと
きは光変調手段の変調度を実質的に０にする手段を含ん
でもよい。

次に添付図面を参照して本発明によるレーザ光量安定化
装置の実施例を詳細に説明する。

第１図に本発明によるレーザ光量安定化装置の実施例を
ブロック図で示す。同図において、レーザ光ＩＬを発生
するレーザ発振器ｌと、たとえば光測定装置、画像記録
装置などのレーザ光を利用する利用装置９との間のレー
ザ光■１の光路内に音響光学（ＡＯ）光変調器２が配設
され、光変調器２は制御端子１０に加わる変調無線周波
（ＲＦ）電圧に応動して１次回折光およびそれよシ高次
の回折光１１を回折させ、非回折光すなわち０次光Ｉを
分離する音響波デバイスである。１次以上の回折光１１
は遮光板１２によって阻止され、０次光Ｉのみが利用さ
れる。０次光出力Ｉの、光変調器２へ入射するレーザ光
ＩＬに対する光量の割合は光変調器の駆動電力が０のと
きの１００％を最大として、駆動回路の制御入力が増し
て駆動電力が増すにつれて減少（５） する。Ｏ次光Ｉの一部■ｏは、図示のようにその光路中
に配設されたビームスグリツタ３によって光検出器４に
導かれ、残りＩ　　Ｉｏが利用装置９で利用される。

光検出器４は受光したＯ次光ＩＯの強度に応じた電気信
号を出力１４に発生する光電変換素子であシ、その出力
１４は増幅器５に接続されている。増幅器５の出力１６
は差動増幅器６の一方の入力に接続され、差動増幅器６
の他方の入力１８には基準信号Ｒが供給される。この基
準信号Ｒのレベルはあらかじめ設定した値でもよく、ま
た手動操作によって可変としてもよい。

差動増幅器６は、入力１６の信号Ｓの基準信号に対する
差の信号ｄ＝ｓ−Ｒをその出力２０に出力する演算回路
である。

差動増１扁器６の出力２０は加算器７の一方の入力に接
続され、その出力２２は抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１
からなる積分回路２４を通して接地されている。この積
分回路２４は後述のように遅延回路として機能し、その
時定数は光（６） 検出器４から光変調器２に至る帰還ループの伝搬遅延時
間に対応するように設定されている。

積分回路２４の抵抗Ｒ１とコンデンサＣＩとの接続点２
６は加算器７の他方の入力に帰還接続されている。

加算器７の出力２２はダイオードＤＩを介して光変調器
駆動回路８の制御入力２５にも接続され、駆動回路８は
、たとえばＲＦ発振器、混合器、出力増幅器および制御
回路などを有し、入力２５の電圧に応じたＲＦ電圧を光
変調器２の制御入力１０に供給する回路である。

これら光変調器２および駆動回路８について、加算器７
の出力電圧Ｖｄと光検出器４０入力であるＯ次光■。と
の関係は第２図１００に示すような曲線となる。この図
ではＯ次光ＩＯに比例する増幅器５の出力電圧Ｓも縦軸
■。と同じスケールで表示されている。この曲線ｉ　ｏ
　ｏは光変調器２が電圧Ｖ、によって深く変調されると
光検出器４に入射する０次光■ｏが減少することを示し
ている。

いま、差動増幅器６の基準入力１８０レベルＲが第２図
に示すレベルに設定された定常状態を考えると、光変調
器２の動作点は点Ａで平衡に達している。このとき差動
増幅器の両人力のレベルＳおよびＲは等しく、出力レベ
ルｄは０である。何らかの原因によシレーザ発振器１の
状態にゆらぎが生じ、その出力光■１がＩＬ、からＩＬ
２へ低下したとすると、系の動作曲線は第２図の曲線１
０２をとることになる。そこで、加算器７の出力電圧Ｖ
、が前述の定常状態の値ｖｄｉのままであれば動作点は
曲線１０２上の点Ｂに移るので０次光■ｏの強度が減少
し、増幅器５の出力レベルＳは定常状態のレベルＳＡよ
シ低い値ＳＲに低下する。したがってその出力２０にお
ける差信号ｄは５Ｂ−Ｒ＝−ｄ　１　（＜　０　）が出
力され、加算器７においてこれと定常状態のときの出力
電圧Ｖｄ１とが加算され、Ｖｄ１−　ｄ　１　＝Ｖｄ。

が加算器７の新しい出力電圧となる。したかつ　　　　
　）て第２図に示すように動作点はこの電圧Ｖｄ２に対
応する曲Ｉｓ１０２土の点Ｃに移行する。

動作点Ｃにおける０次光■。は、同様にして光検出器４
で受光され、増幅器５はレベルＳ。

を差動増幅器６に供給するが、これは基準値Ｒに対して
ｄ２（たとえば正）だけ差がある。これは、加算器７に
おいて遅延回路２４に記憶されていた以前のレベルＶｄ
２と加算され、その出力Ｖ、うけ動作点を曲線１０２上
の基準値Ｒに対応する点りにさらに近づける。このよう
な動作を繰シ返して、系は最終的には動作点りで平衡状
態に達し、安定する。また、レーザ発振器１の出力光強
度が増加した場合も同様に動作し、最終的には、設定し
た基準値Ｒに対応する動作点で平衡する。このようにし
て出力光■の安定化が行なわれ、利用装置９で利用でき
るレーザ光Ｉ　−Ｉｏの光量は設定した基準値Ｒに対応
したレベルに安定化される。

ところで、基準値Ｒで設定した光量を維持できないほど
レーザ発振器１の出力が低下したとする。これはレーザ
発振器１に電源を投入した直後などその出力光強度が十
分でない場合に起（９） るが、出力光ＩＬがたとえば第２図のレベル■Ｌうであ
るとすると、系の動作曲線は同図の１０４のようになる
。この場合、本装置は前述のように増幅器５の出力電圧
Ｓを基準値Ｒに近づけるように動作するが、電圧Ｓは変
調器２の変調度を０にしてもたかだかＩＬ５に対応した
値、すなわち基準値Ｒよシはるかに小さい値しか得られ
ない。したがって加算器７の出力Ｖｄは定常状態に達し
ても常に負のレベルをとる。この負の出力■６はダイオ
ードＤＩで遮断され、駆動回路８０制御入力２５０入カ
レベルは０である。したがって光変調器２の変調人力１
０には、異常大きなＲＦ倍信号加わることなく、変調器
２を非変調状態に保持する。したがって変調器２はレー
ザ発振器ｌの出力光Ｉ、を１００％透過し、系は第２図
の動作点Ｅにとどまる。

第１図の実施例における差動増幅器６、加算器７および
遅延回路２４は、第３図に示すような差動増幅器６０お
よび加算器７を含む回路で置き換えてもよい。差動増幅
器６０は十分に大（１０） きな利得Ａを有し、加算器７の一方の入力２゜に信号Ａ
（Ｓ−Ｒ）を供給する。加算器７の他方の入力３０には
一定電圧の信号Ｖｏが与えられ、加算器７においてこの
Ｖ。とＡ（Ｓ−Ｒ）が加算され、その出力２２にはｖ、
−ｖ。十Ａ（Ｓ−Ｒ）が出力される。この式かられ〃・
るように加算器７の出力電圧Ｖ、はレーザ光■１の増減
、すなわち信号Ｓの増減に対応して一定電圧Ｖｏを補正
した値をとるので、これらの回路が十分な周波数応答特
性を有するかぎシ、第１図の実施例と同様の機能を果す
ことになる。

本発明によるレーザ光量安定化装置は、このように１次
以上の高次光に比較して利用できる光効率の高い０次光
によって光量安定化制御を行なっているので、レーザ光
出力の高い利用効率を要求される応用例に効果的に適用
することができる。また、光変調器の駆動電力が０のと
き０次元の強度が最大となる特性を利用しているので、
とくに他の保護回路を付加することなく簡単な回路構成
で、レーザ光強度がその制御（１１） 可能な範囲をはずれた場合に制御系を自動的に非動作状
態にすることができ、光変調器に過大な変調負荷が加わ
ることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザ光量安定化装置の実施例を
示すプｐ２り図、 第２図は第１図に示す装置の動作曲線を示す図、 第３図は第１図の装置の部分的変形例を示すブロック図
である。 ２・・・光変調器 ４・・・光検出器 ６・・・差動増幅器 ７・・・加算器 ８・・・光変調器駆動回路 ２４・・・積分回路 〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　入射したレーザ光を変調度に応じて回折光と非回
   折光に分離する光変調手段と、該非回折光を受光して該
   非回折光に応じた第１の電気信号を発生する光電変換手
   段と、第１の電気信号を基準信号と比較して第１の電気
   信号と該基準信号との差に関連した第２の、電気信号を
   発生し、第２の電気信号に応じて前記光変調手段の変調
   度を制御する帰還制御回路とを含み、これによって前記
   非回折光の光強度を安定化することを特徴とするレーザ
   光量安定化装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記帰
   還制御回路は、第２の電気信号が負になったときは前記
   光変調手段の変調度を実質的にＯにする手段を含むこと
   を特徴とするレーザ光量安定化装置。