JPS62119991A - 単一軸モ−ドレ−ザ装置 - Google Patents
単一軸モ−ドレ−ザ装置Info
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- JPS62119991A JPS62119991A JP25998585A JP25998585A JPS62119991A JP S62119991 A JPS62119991 A JP S62119991A JP 25998585 A JP25998585 A JP 25998585A JP 25998585 A JP25998585 A JP 25998585A JP S62119991 A JPS62119991 A JP S62119991A
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- Japan
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- laser
- axial mode
- laser oscillator
- oscillation
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
- H01S3/0385—Shape
- H01S3/0387—Helical shape
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は単一軸モードレーザの発振軸モードを安定に駆
動する単一軸モードレーザ装置に関する。
動する単一軸モードレーザ装置に関する。
（従来の技術）
一般に、固体し°−ザ１色素レーザ、ガスレーザなどの
レーザでは、その発振スペクトル内に△ｆの実効共振器
長）間隔の多数の軸モードが含まれる多軸モード発振を
生ずる。これらの各棟レーザを高感度で高分解症なレー
ザ計測やレーザ分光に用いるためには、発振軸モードを
制御して単一軸モード化を行なう必要がある。従来、こ
の単一軸モード化を行なう方法としては、エタロン板を
用いる方法などの種々の方法が報告されておシ、いずれ
も短時間においては発振軸モードの単一軸モード化が実
現されている（「レーザハンドブック」。
レーザでは、その発振スペクトル内に△ｆの実効共振器
長）間隔の多数の軸モードが含まれる多軸モード発振を
生ずる。これらの各棟レーザを高感度で高分解症なレー
ザ計測やレーザ分光に用いるためには、発振軸モードを
制御して単一軸モード化を行なう必要がある。従来、こ
の単一軸モード化を行なう方法としては、エタロン板を
用いる方法などの種々の方法が報告されておシ、いずれ
も短時間においては発振軸モードの単一軸モード化が実
現されている（「レーザハンドブック」。
（オーム社、昭和５７年）第２１章参照）。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、一般にレーザ装置においては、レーザ媒
質の励起による発熱、外部気温の変動。
質の励起による発熱、外部気温の変動。
レーザ発振器を構成する光学素子の外乱による振動など
によってレーザ発振器の実効的な共振器長が変化し、そ
の結果、長時間に渡って単一軸モード発振を維持するこ
とは困難であった。
によってレーザ発振器の実効的な共振器長が変化し、そ
の結果、長時間に渡って単一軸モード発振を維持するこ
とは困難であった。
その解決策としては、高分解能ファブリペロ干渉計など
を用いて発振スペクトルを検知し、その検知信号によっ
て発振軸モードをフィードバック制御することが考えら
れる。しかしながら、ファブリペロ干渉計は、高分解能
を得るためには干渉長を数１０ｃＩｎ以上にしなければ
ならず、長時間に渡って安定に動作させることが難しく
％フィードバック制御自体を不安定にする要因になって
いた。
を用いて発振スペクトルを検知し、その検知信号によっ
て発振軸モードをフィードバック制御することが考えら
れる。しかしながら、ファブリペロ干渉計は、高分解能
を得るためには干渉長を数１０ｃＩｎ以上にしなければ
ならず、長時間に渡って安定に動作させることが難しく
％フィードバック制御自体を不安定にする要因になって
いた。
本発明の目的は、この様な問題点を解決し、長時間にわ
たって安定に発振できる単一軸モードレーザ装置を提供
することにある。
たって安定に発振できる単一軸モードレーザ装置を提供
することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の単一軸モードレーザ装置の構成は、２つの反射
鏡の間に設置さｈたレーザ媒質を発振させるレーザ発振
器と、このレーザ発振器から出射されるレーザ光の少な
くとも一部を受光する光検出器と、この光検出器からの
出力のうち前記レーザ発振器の軸モード間隔に等しい周
波数成分を抽出するフィルタと、このフィルタの出力が
最小になるように前記レーザ発振器への励起入力、前記
レーザ媒質の温度または前記レーザ発振器の共振器長を
制御する制御手段とを備え、前記レーザ発振器を安定に
単一軸モード動作させること特徴とする。
鏡の間に設置さｈたレーザ媒質を発振させるレーザ発振
器と、このレーザ発振器から出射されるレーザ光の少な
くとも一部を受光する光検出器と、この光検出器からの
出力のうち前記レーザ発振器の軸モード間隔に等しい周
波数成分を抽出するフィルタと、このフィルタの出力が
最小になるように前記レーザ発振器への励起入力、前記
レーザ媒質の温度または前記レーザ発振器の共振器長を
制御する制御手段とを備え、前記レーザ発振器を安定に
単一軸モード動作させること特徴とする。
本発明においては、レーザの発振軸モードが多軸モード
になると、その出力光の検知出力に各々の軸モード周波
数の差周波数成分が生ずることを利用して、差周波数成
分が最小になるようにレーザ発振器のパラメータをフィ
ードバック制御している。
になると、その出力光の検知出力に各々の軸モード周波
数の差周波数成分が生ずることを利用して、差周波数成
分が最小になるようにレーザ発振器のパラメータをフィ
ードバック制御している。
いま、発振軸モード数をＮ１各々の軸モードの複素振幅
をＥ ｉ ＠ ６ Ｊ （２Ｔ−ｆａ ｔ↑（ｉ−０，
ｚｚａｆｔ）（ｉ＝１．・・・Ｎ、１０はｉ ＝ ’１
のときの光周波数、Δ）°は軸モード間隔）とし、ａを
定数とすると、第２図は、参考のためにＮ＝５ 、Ｅｔ
＝Ｂｔ＝・・・＝ト；、の場合について、光強度工の時
間波形を示ししたものである。この図かられかる様に、
この場合Ｉには、周期Ｔ、２’［’、３Ｔ、４Ｔ（九だ
し、’［’ ＝ １ ／Δｆ）の成分、即ち、Δ／、２
Δｆ、・・・・・・４△ｆの周波数成分が含まれる。同
様にして、発揚軸モード数がＮの場合には、Δｆ、２Δ
ｆ、・・・・・・（Ｎ−１）・△ｆの周波数成分が含ま
れることが（１）式より結論される。
をＥ ｉ ＠ ６ Ｊ （２Ｔ−ｆａ ｔ↑（ｉ−０，
ｚｚａｆｔ）（ｉ＝１．・・・Ｎ、１０はｉ ＝ ’１
のときの光周波数、Δ）°は軸モード間隔）とし、ａを
定数とすると、第２図は、参考のためにＮ＝５ 、Ｅｔ
＝Ｂｔ＝・・・＝ト；、の場合について、光強度工の時
間波形を示ししたものである。この図かられかる様に、
この場合Ｉには、周期Ｔ、２’［’、３Ｔ、４Ｔ（九だ
し、’［’ ＝ １ ／Δｆ）の成分、即ち、Δ／、２
Δｆ、・・・・・・４△ｆの周波数成分が含まれる。同
様にして、発揚軸モード数がＮの場合には、Δｆ、２Δ
ｆ、・・・・・・（Ｎ−１）・△ｆの周波数成分が含ま
れることが（１）式より結論される。
一方、完全に単一軸モード発振している場合（Ｎ＝１の
場合）には、この様な周波数成分Δｆは表われない。し
たがって、ファブリペロ干渉計に代表されるような高分
解能スペクトル分析器を用いなくてもレーザの発振軸モ
ード数を知ることができ、安定で信頼性に優れたフィー
ドバック制御系を構成できる。
場合）には、この様な周波数成分Δｆは表われない。し
たがって、ファブリペロ干渉計に代表されるような高分
解能スペクトル分析器を用いなくてもレーザの発振軸モ
ード数を知ることができ、安定で信頼性に優れたフィー
ドバック制御系を構成できる。
ここで周波数成分△ｆが最小になるようにすれば、必然
的に２Δ／、３Δｆ・・・・・・（Ｎ−１）−Δｆの周
波数成分も最小になり、単一軸モード化が実現できる。
的に２Δ／、３Δｆ・・・・・・（Ｎ−１）−Δｆの周
波数成分も最小になり、単一軸モード化が実現できる。
また、軸モード間隔△ｆは、通常のレーザ発振器では数
百ＭＨｚから数ＧＨｚであるので、周波数成分Δｆは高
速光検出器によって簡単に検出可能である。さらに、こ
のような周波数△ｆの成分を生ずるためには、各々の軸
モードの発振線幅が軸モード間隔に比べて十分小さくな
ければならないが、通常各々の軸モードの発振線は数Ｍ
Ｈｚ以下であるのでこの条件を満足している。
百ＭＨｚから数ＧＨｚであるので、周波数成分Δｆは高
速光検出器によって簡単に検出可能である。さらに、こ
のような周波数△ｆの成分を生ずるためには、各々の軸
モードの発振線幅が軸モード間隔に比べて十分小さくな
ければならないが、通常各々の軸モードの発振線は数Ｍ
Ｈｚ以下であるのでこの条件を満足している。
（実施例）
次に、本発明を図面を参照して詳細に訪明する。
第１図は本発明の一実施例を説明するブロック図である
。図において、ｌｉｄレーザ発振器、１１はレーザ媒質
、１２．１３はλ／４板、１４．１５は波長選択素子、
１６は偏光子、１７．１８は反射鏡、１９は励起用ラン
プ、２はレーザ電源、３は分波器、４は光検出器、５け
フィルタ、６け制御回路、７は駆動回路、８は微動装着
である。
。図において、ｌｉｄレーザ発振器、１１はレーザ媒質
、１２．１３はλ／４板、１４．１５は波長選択素子、
１６は偏光子、１７．１８は反射鏡、１９は励起用ラン
プ、２はレーザ電源、３は分波器、４は光検出器、５け
フィルタ、６け制御回路、７は駆動回路、８は微動装着
である。
本実施例においては、レーザ媒質１１は直径４龍φ、長
さ７５龍のＮｄ：ＹＡ（）ロッド、波長選択素子１４．
１５はそれぞれの厚さ１０間、１龍の水晶からなるエタ
ロン板、反射Ｍ１７．１８はそれぞれの反射率が９９．
８チ、９７チの誘電体多層膜ミラー、励起用ランプ１９
はクリプトンアークランプを用いており、このＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ発振器の実効共振器長は約７５ＣＴｎ（軸モ
ード間隔２００ＭＨｚ）である。また、分波器３は反射
率５チの誘電体ミラー、光検出器４はゲルマニウムアバ
ランシフォトダイオード（Ｇｅ−ＡＰＤ）、フィルタ５
ｔ′ｉ中心周波数２００ＭＨｚ、帯域５０ＭＨｚのバン
ドパスフィルター、微動装置ｓＦｉ長さ３ｃ！ｎのピエ
ゾ素子を使用している。
さ７５龍のＮｄ：ＹＡ（）ロッド、波長選択素子１４．
１５はそれぞれの厚さ１０間、１龍の水晶からなるエタ
ロン板、反射Ｍ１７．１８はそれぞれの反射率が９９．
８チ、９７チの誘電体多層膜ミラー、励起用ランプ１９
はクリプトンアークランプを用いており、このＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ発振器の実効共振器長は約７５ＣＴｎ（軸モ
ード間隔２００ＭＨｚ）である。また、分波器３は反射
率５チの誘電体ミラー、光検出器４はゲルマニウムアバ
ランシフォトダイオード（Ｇｅ−ＡＰＤ）、フィルタ５
ｔ′ｉ中心周波数２００ＭＨｚ、帯域５０ＭＨｚのバン
ドパスフィルター、微動装置ｓＦｉ長さ３ｃ！ｎのピエ
ゾ素子を使用している。
このＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器１から出射されたレーザ
光は、その一部が誘電体ミラー３によって取り出された
後にＧ ｅ −Ａ Ｐ Ｄ ４で受光されている。この
Ｇｅ−ＡＰＤ４の出力光電流のうち周波数２００ＭＨｚ
の成分だけがバンドパスフィルタ５によって選択された
後に制御回路６に入力されている。制御回路６は、周波
数２００ＭＨｚの成分が最小になるようにピエゾ素子の
駆動回路７の出力電圧をコントロールしている。
光は、その一部が誘電体ミラー３によって取り出された
後にＧ ｅ −Ａ Ｐ Ｄ ４で受光されている。この
Ｇｅ−ＡＰＤ４の出力光電流のうち周波数２００ＭＨｚ
の成分だけがバンドパスフィルタ５によって選択された
後に制御回路６に入力されている。制御回路６は、周波
数２００ＭＨｚの成分が最小になるようにピエゾ素子の
駆動回路７の出力電圧をコントロールしている。
本実施例で用いたピエゾ素子（８）は、その素子の−長
さが１０μｍ／１００Ｖの割合で印加電圧の値によって
変化し、外部気温の変動や外乱による光学素子の振動な
どによって生じたＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器の実効共振
器長の変化を打ち消すようになっている。
さが１０μｍ／１００Ｖの割合で印加電圧の値によって
変化し、外部気温の変動や外乱による光学素子の振動な
どによって生じたＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器の実効共振
器長の変化を打ち消すようになっている。
また制御回路６では、入力される周波数２００Ｍ Ｈｚ
の成分が初期に設定された一定の許容値よシも小さい場
合には、ピエゾ素子の駆動回路７の出力電圧Ｖを一定に
保持するようになっておシ、また入力される周波数２０
０ＭＨｚの成分が許容値よりも大きくなった場合には、
次の制御手順を繰シ返すことによって、単一軸モード発
振状態になるようＫｆｆｉ動回路７の出力電圧■をフィ
ードバック制御している。
の成分が初期に設定された一定の許容値よシも小さい場
合には、ピエゾ素子の駆動回路７の出力電圧Ｖを一定に
保持するようになっておシ、また入力される周波数２０
０ＭＨｚの成分が許容値よりも大きくなった場合には、
次の制御手順を繰シ返すことによって、単一軸モード発
振状態になるようＫｆｆｉ動回路７の出力電圧■をフィ
ードバック制御している。
（１） 駆動回路７の出力電圧■を△Ｖだけ増加させ
た時、周波数２００ＭＨｚの成分が減少した場合には、
次の制御手順においてもΔＶだけ増加させる。
た時、周波数２００ＭＨｚの成分が減少した場合には、
次の制御手順においてもΔＶだけ増加させる。
（２）駆動回路７の出力電圧ＶをΔＶだけ増加させた時
、周波数２００ＭＨｚの成分が増加【７た場合には、次
の制御手順において駆動回路７の出力餉、圧を２ΔＶだ
け減少させる。
、周波数２００ＭＨｚの成分が増加【７た場合には、次
の制御手順において駆動回路７の出力餉、圧を２ΔＶだ
け減少させる。
この制御方法によると、駆動電圧Ｖが常時±Δ■だけ駆
動し、そｈに対応してレーザ発振器の共振器長りが±Δ
Ｌだけ変動するが、△Ｖの値をできる限シ小さくするこ
とによってレーザの発振状態への影響が問題にならない
ようにすることができる。
動し、そｈに対応してレーザ発振器の共振器長りが±Δ
Ｌだけ変動するが、△Ｖの値をできる限シ小さくするこ
とによってレーザの発振状態への影響が問題にならない
ようにすることができる。
本実施例におい°Ｃは、駆動電圧Ｖの取シ得る範囲を±
ＩＯＶ、または、△Ｖ”＝０．ＩＶとしたが、この様な
制御を行うことによっ°Ｃ，Ｎｄ ：ＹＡＧレーザの単
一軸モード発振状態を安定に維持することができた。こ
のとき主軸モードに対する副軸モードの比は１０−３以
下で、かつ主軸モードの発振線幅は約４０ｋＨｚと狭帯
域にすることができた。
ＩＯＶ、または、△Ｖ”＝０．ＩＶとしたが、この様な
制御を行うことによっ°Ｃ，Ｎｄ ：ＹＡＧレーザの単
一軸モード発振状態を安定に維持することができた。こ
のとき主軸モードに対する副軸モードの比は１０−３以
下で、かつ主軸モードの発振線幅は約４０ｋＨｚと狭帯
域にすることができた。
なお、本実施例で用い之λ／４板１２，１３および偏光
子１６は、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１１内の空間的ホールバ
ーニングを除去して単一軸モード動作を可能とするとと
もに、単一偏光の出力光を得るものである。
子１６は、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１１内の空間的ホールバ
ーニングを除去して単一軸モード動作を可能とするとと
もに、単一偏光の出力光を得るものである。
なお、本発明は、この実施例に限られることなくいくつ
かの変形が考えられる。例えば、本実施例ではレーザと
してＮｄ：ＹＡＧレーザを用いたが、半導体レーザ、ガ
ラスレーザ、色素レーザ、あるいはカラーセンターレー
ザなど他のレーザでもよい。また、レーザ発振器の共振
器長は、差周波数Δｆに光検出器が応答する限りいかな
る値でもよい。さらに、フィードバック制御するパラメ
ータとして、レーザ媒質の温度やレーザ発振器への励起
入力を用−いてもよく、本実施例の場合に限定されない
。また、フィードバック制御のためのレーザ光は、反射
値１７側から出射されるものを用いても良いことは言う
までもなく、その場合には分波器が不要になるという特
徴がある。
かの変形が考えられる。例えば、本実施例ではレーザと
してＮｄ：ＹＡＧレーザを用いたが、半導体レーザ、ガ
ラスレーザ、色素レーザ、あるいはカラーセンターレー
ザなど他のレーザでもよい。また、レーザ発振器の共振
器長は、差周波数Δｆに光検出器が応答する限りいかな
る値でもよい。さらに、フィードバック制御するパラメ
ータとして、レーザ媒質の温度やレーザ発振器への励起
入力を用−いてもよく、本実施例の場合に限定されない
。また、フィードバック制御のためのレーザ光は、反射
値１７側から出射されるものを用いても良いことは言う
までもなく、その場合には分波器が不要になるという特
徴がある。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、レーザの発振軸
モードが多軸モードになるとその出力光の検知出力に各
々の軸モード周波数の差周波数成分が生ずることを用い
て、差周波数成分が最小になるようにレーザ発振器への
励起入力またはレーザ媒質の温度またはレーザ発振器の
共振器長をフィードバック制御しているので、外部気温
の変動や、レーザ発振器を構成する光学素子の外乱によ
る振動などがあっても発振軸モードを常に１本に保つこ
とができるという利点がある。
モードが多軸モードになるとその出力光の検知出力に各
々の軸モード周波数の差周波数成分が生ずることを用い
て、差周波数成分が最小になるようにレーザ発振器への
励起入力またはレーザ媒質の温度またはレーザ発振器の
共振器長をフィードバック制御しているので、外部気温
の変動や、レーザ発振器を構成する光学素子の外乱によ
る振動などがあっても発振軸モードを常に１本に保つこ
とができるという利点がある。
第１図は本発明の一実施例を説明する構成図、第２図は
本実施例において各々の振幅が等しい５本の軸モードか
らなるレーザ光の光強度と時間との関係を示す波形図で
ある。
本実施例において各々の振幅が等しい５本の軸モードか
らなるレーザ光の光強度と時間との関係を示す波形図で
ある。
Claims (1)
- ２つの反射鏡の間に設置されたレーザ媒質を発振させる
レーザ発振器と、このレーザ発振器から出射されるレー
ザ光の少なくとも一部を受光する光検出器と、この光検
出器からの出力のうち前記レーザ発振器の軸モード間隔
に等しい周波数成分を抽出するフィルタと、このフィル
タの出力が最小になるように前記レーザ発振器への励起
入力、前記レーザ媒質の温度または前記レーザ発振器の
共振器長を制御する制御手段とを備え、前記レーザ発振
器を安定に単一軸モード動作させることを特徴とする単
一軸モードレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25998585A JPS62119991A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 単一軸モ−ドレ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25998585A JPS62119991A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 単一軸モ−ドレ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62119991A true JPS62119991A (ja) | 1987-06-01 |
Family
ID=17341678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25998585A Pending JPS62119991A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 単一軸モ−ドレ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62119991A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6467990A (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-14 | Komatsu Mfg Co Ltd | Wavelength controller for excimer laser |
| JPH02133977A (ja) * | 1988-11-14 | 1990-05-23 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| US4930131A (en) * | 1989-01-06 | 1990-05-29 | At&T Bell Laboratories | Source of high repetition rate, high power optical pulses |
| WO1994022189A1 (en) * | 1993-03-20 | 1994-09-29 | Gec-Marconi Avionics (Holdings) Limited | A laser |
-
1985
- 1985-11-19 JP JP25998585A patent/JPS62119991A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6467990A (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-14 | Komatsu Mfg Co Ltd | Wavelength controller for excimer laser |
| JP2652170B2 (ja) * | 1987-09-08 | 1997-09-10 | 株式会社小松製作所 | エキシマレーザの波長制御装置 |
| JPH02133977A (ja) * | 1988-11-14 | 1990-05-23 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| JP2715484B2 (ja) * | 1988-11-14 | 1998-02-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| US4930131A (en) * | 1989-01-06 | 1990-05-29 | At&T Bell Laboratories | Source of high repetition rate, high power optical pulses |
| WO1994022189A1 (en) * | 1993-03-20 | 1994-09-29 | Gec-Marconi Avionics (Holdings) Limited | A laser |
| US5646952A (en) * | 1993-03-20 | 1997-07-08 | Gec-Marconi Avionics (Holdings) Limited | Laser |
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