JP2015143827A - control device, control method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、制御装置、制御方法、及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to a control device, a control method, and a program.
共振器内に非線形光学素子を配して、共振器内部の高いパワー密度を利用して効率よく当該非線形光学素子による波長変換を行うようにしたレーザー光発生装置が提案されている。 There has been proposed a laser beam generator in which a nonlinear optical element is arranged in a resonator and wavelength conversion by the nonlinear optical element is efficiently performed using a high power density inside the resonator.
このようなレーザー光発生装置に用いられる共振器では、例えば、当該共振器を構成する少なくとも一対の対向するミラー間に非線形光学素子を配し、この共振器に基本波レーザー光を入射させて、当該レーザー光を非線形素子に通過させる。このとき、ミラー間の距離(即ち、共振器内の光路長)が、入射したレーザー光の整数倍となるように制御されることで、当該レーザー光が共振器内で共振してレーザー発振が生じる。 In a resonator used in such a laser beam generator, for example, a nonlinear optical element is disposed between at least a pair of opposing mirrors constituting the resonator, and a fundamental laser beam is incident on the resonator, The laser beam is passed through the nonlinear element. At this time, by controlling the distance between the mirrors (that is, the optical path length in the resonator) to be an integral multiple of the incident laser beam, the laser beam resonates in the resonator and laser oscillation occurs. Arise.
例えば、特許文献1には、上記に示したような共振器を用いたレーザー光発生装置の一例が開示されている。特許文献1に係るレーザー光発生装置は、共振器を構成するミラーの位置を光軸方向に移動できるように構成し、当該共振器の入射レーザー光に対する共振器長のずれに比例した誤差信号に基づき、当該ミラーの位置をサーボ制御している。このような構成とすることで、特許文献1に係るレーザー光発生装置では、入射したレーザー光が共振器内で共振する条件を満たすように当該共振器の光路長が自動制御され、共振器の入射レーザー光に対する共振動作が安定化する。
For example,
レーザー光を出射する光源の中には、レーザー光を間欠的に発光させることで、パルスレーザー光として出力するものがある。このように、パルスレーザー光を出力する光源は、例えば、測定対象である生体に対してレーザー光を照射する測定装置(例えば、蛍光顕微鏡)に適用することで、当該生体に対するダメージを抑えられることが考えられる。 Among light sources that emit laser light, there are those that emit laser light intermittently and output as pulsed laser light. Thus, the light source that outputs the pulsed laser light can suppress damage to the living body by applying it to, for example, a measuring device (for example, a fluorescence microscope) that irradiates the living body to be measured with the laser light. Can be considered.
一方で、このようなパルスレーザー光を共振器内に入射させて共振させ、当該共振器の光路長をサーボ制御することにより共振動作を安定させることで、入射したパルスレーザー光の波長変換を効率よく行うことが可能なレーザー光発生装置の提供が望まれている。 On the other hand, such pulsed laser light is incident on the resonator to resonate, and the resonant operation is stabilized by servo-controlling the optical path length of the resonator, thereby efficiently converting the wavelength of the incident pulsed laser light. It is desired to provide a laser beam generator that can be performed well.
しかしながら、共振器の光路長をサーボ制御する場合には、パルスレーザー光の間欠発光が、外乱として作用する場合がある。例えば、当該パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループのサーボ制御(以降では、単に「閉ループサーボ」と呼ぶ場合がある)の対象とする帯域に干渉する場合には、パルスレーザー光の間欠発光が外乱となり、共振器の光路長の正確な制御が困難となる場合がある。 However, when servo-controlling the optical path length of the resonator, intermittent emission of pulsed laser light may act as a disturbance. For example, when the band of intermittent emission of the pulsed laser light interferes with the band targeted for closed-loop servo control (hereinafter sometimes simply referred to as “closed-loop servo”), intermittent emission of the pulsed laser light Becomes a disturbance and it may be difficult to accurately control the optical path length of the resonator.
そこで、本開示では、高出力のパルレーザー光が安定して出力されるように共振器の光路長を制御することが可能な、新規かつ改良された制御装置、制御方法、及びプログラムを提案する。 Accordingly, the present disclosure proposes a new and improved control device, control method, and program capable of controlling the optical path length of the resonator so that high-power pal laser light is stably output. .
本開示によれば、レーザー光源から出射されるレーザー光を、間欠駆動によりパルスレーザー光として出射させる光源制御部と、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記共振条件を満たすように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定する、制御装置が提供される。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
According to the present disclosure, the incident pulsed laser light includes a light source control unit that emits laser light emitted from a laser light source as pulsed laser light by intermittent driving, at least a pair of reflecting units, and a nonlinear optical crystal. In the resonator that converts the wavelength of the pulsed laser light, the driving unit that moves at least one of the pair of reflecting units in the optical axis direction, and the synchronously detected resonator Based on an error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator according to the reflected light and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator, the resonance condition is satisfied. As described above, a control unit that servo-controls the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit, and the control unit includes: Serial and frequency f SOA intermittent driving, the frequency f M of the synchronous detection of the reflected light, and the cut-off frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the margin value j for stabilizing the servo control, A proportionality constant k determined based on a build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, a frequency f MLLD of laser light emitted from the laser light source, and the pulse laser A control device is provided that determines based on the light duty ratio Duty so as to satisfy the conditions represented by
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
また、本開示によれば、レーザー光源から出射されるレーザー光を、間欠駆動によりパルスレーザー光として出射させることと、駆動部に、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させることと、同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記共振条件を満たすように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御することと、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定的に動作させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定することと、を含む制御方法が提供される。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
Further, according to the present disclosure, the laser light emitted from the laser light source is emitted as pulsed laser light by intermittent driving, and the driving unit includes at least a pair of reflecting units and a nonlinear optical crystal, and is incident By resonating the pulse laser beam, in the resonator that converts the wavelength of the pulse laser beam, at least one of the pair of reflection units is moved in the optical axis direction, and the synchronous detection is performed. Based on an error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator according to the reflected light from the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator, the resonance The optical path length of the resonator is servo-controlled by moving the at least one reflection unit to the driving unit so as to satisfy the condition, and the intermittent driving cycle is performed. The number f SOA, and a frequency f M of the synchronous detection of the reflected light, and the cut-off frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the margin value j to operate stably the servo control, build A proportionality constant k determined based on the up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, the frequency f MLLD of the laser light emitted from the laser light source, and the pulse laser light A control method is provided that includes: determining based on the duty ratio Duty to satisfy the conditions represented by
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
また、本開示によれば、コンピュータに、レーザー光源から出射されるレーザー光を、間欠駆動によりパルスレーザー光として出射させるステップと、駆動部に、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させるステップと、同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記共振条件を満たすように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するステップと、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数frsと、前記サーボ制御を安定的に動作させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定するステップと、を実行させるプログラムが提供される。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
In addition, according to the present disclosure, the step of causing the computer to emit laser light emitted from the laser light source as pulsed laser light by intermittent driving, and the driving unit includes at least a pair of reflecting units and a nonlinear optical crystal. Resonating the incident pulsed laser beam to move at least one of the pair of reflecting units in the optical axis direction in the resonator that converts the wavelength of the pulsed laser beam; and synchronous detection Based on an error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator. , And servo-control the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit so as to satisfy the resonance condition Step and a frequency f SOA of the intermittent drive, and a frequency f M of the synchronous detection of the reflected light, and the cut-off frequency f rs of the frequency characteristic in the servo control, to operate stably the servo control Margin value j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, and the frequency f of the laser light emitted from the laser light source Based on the MLLD and the duty ratio Duty of the pulse laser beam, a program for executing a step of determining so as to satisfy the conditions represented by the
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
以上説明したように本開示によれば、高出力のパルレーザー光が安定して出力されるように共振器の光路長を制御することが可能な制御装置、制御方法、及びプログラムが提供される。 As described above, according to the present disclosure, there is provided a control device, a control method, and a program capable of controlling the optical path length of a resonator so that high-power pal laser light is stably output. .
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。 Note that the above effects are not necessarily limited, and any of the effects shown in the present specification, or other effects that can be grasped from the present specification, together with or in place of the above effects. May be played.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.レーザー光発生装置の構成
2.間欠発光による利点
3.本実施形態に係るレーザー光発生装置の課題
4.制御部の詳細
4.1.信号間の関係
4.2.サーボ制御の帯域に基づく制限
4.3.共振器内におけるビルドアップ期間に基づく制限
4.4.誤差信号の生成に基づく制限
4.5.まとめ
5.ハードウェア構成
6.まとめ
The description will be made in the following order.
1. 1. Configuration of
<1.レーザー光発生装置の構成>
まず、図1を参照して、本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置の構成について説明する。図1は、本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置の概略的な構成の一例を示した構成図である。
<1. Configuration of Laser Light Generator>
First, with reference to FIG. 1, the structure of the laser beam generator which concerns on embodiment of this indication is demonstrated. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a schematic configuration of a laser beam generator according to an embodiment of the present disclosure.
図1に示すように、本実施形態に係るレーザー光発生装置1は、光源ユニット10と、波長変換光学系20と、制御部30と、加算器31と、SOA(Semiconductor Optical Amplifier)ドライバ40とを含む。
As shown in FIG. 1, a
光源ユニット10は、パルスレーザーを用いるものであり、共振器を備えたレーザー(Mode Locked Laser Diode(以下、MLLDと称する))と半導体光増幅アンプ(SOA)を有して構成されるMOPA(Master Oscillator Power Amplifier)型の光源である。
The
光源ユニット10は、MLLD(モードロックレーザー)部11と、レンズ121、127及び129と、ミラー123と、アイソレーター125と、光増幅器部(SOA部)131とを含む。なお、MLLD部11が、共振器を備えたレーザー(MLLD)に相当する。
The
光源ユニット10の動作は、制御部30により制御される。制御部30は、発振器301と、同期信号生成部302と、アイソレーター303と、光検出器305と、バンドパスフィルタ307と、混合器309と、駆動信号生成部311と、サーボ制御ドライバ313とを含む。以下に、光源ユニット10の構成について、制御部30の構成のうち、発振器301及び同期信号生成部302の構成とあわせて説明する。なお、制御部30の他の構成については別途後述するものとする。
The operation of the
発振器301から出力される周波数fMの信号は、加算器31と同期信号生成部302とに供給される。
The signal having the frequency f M output from the
同期信号生成部302は、発振器301から供給される周波数fMの信号に同期するように、後述するSOAドライバ40が、MLLD部11から出射されるレーザー光を間欠駆動するためのSOA駆動信号を生成する。なお、以降では、レーザー光を間欠駆動する周波数、即ち、駆動信号の周波数をfSOAと記載する場合がある。同期信号生成部302は、生成した周波数fSOAの駆動信号を、SOAドライバ40に供給する。なお、SOAドライバ40及び当該SOAドライバ40に供給される駆動信号の詳細については、「4.1.信号間の関係」において別途後述する。
The synchronization
また、同期信号生成部302は、後述する駆動信号生成部311が、共振器21からの反射光に基づく反射信号を同期検波するための、サンプルアンドホールド信号(以降では、「S/H信号」と呼ぶ場合がある)を、周波数fMの信号を変調して生成する。このとき、同期信号生成部302は、SOAドライバ40に供給された駆動信号の周波数fSOAに同期するように、S/H信号を生成する。同期信号生成部302は、生成した当該S/H信号を駆動信号生成部311に供給する。なお、駆動信号生成部311及び当該駆動信号生成部311に供給されるS/H信号の詳細については、「4.1.信号間の関係」において別途後述する。
Further, the synchronization
加算器31は、発振器301から供給される周波数fMの信号に対して、所定の出力(振幅)を有する直流成分(DC Current)を加算し、直流成分が加算された周波数fMの信号を変調信号としてMLLD部11に供給する。
The
MLLD部11は、レーザー光源111と、レンズ113と、回折格子115とを含む。
The
レーザー光源111は、レーザー光を出力するものであり、各種のレーザーにより構成することが可能である。本実施形態に係るMLLD部11では、レーザー光源111として、例えば、半導体レーザーが用いられる。
The laser light source 111 outputs laser light and can be configured by various lasers. In the
レーザー光源111から出射されたレーザー光は、レンズ113を経て回折格子115に導光される。そして、レーザー光源111の後方端面のミラーと、回折格子115との間に共振器(空間共振器)が構成され、この共振器の光路長Lcにより当該レーザー光の周波数fMLLDが決定される。具体的には、周波数fMLLDは、MLLD部11内における光路長Lcと、光速Cとに基づき、fMLLD=Lc/Cとして決定される。
Laser light emitted from the laser light source 111 is guided to the
また、レーザー光源111には、発振器301から供給される周波数fMの信号に対して、加算器31で直流成分が加算された変調信号が供給される。MLLD部11内における周波数fMLLDのレーザー光は、供給された周波数fMの変調信号により位相変調される。
The laser light source 111 is supplied with a modulation signal obtained by adding a direct current component to the signal of the frequency f M supplied from the
なお、周波数fMLLDのレーザー光を変調には、例えば、EO(電気光学)素子や、AO(音響光学)素子からなる位相変調器を用いてもよい。この場合には、当該位相変調器は、供給された周波数fMの変調信号により、周波数fMLLDのレーザー光を変調する。 For modulating the laser beam having the frequency f MLLD , for example, a phase modulator composed of an EO (electro-optic) element or an AO (acousto-optic) element may be used. In this case, the phase modulator modulates the laser beam having the frequency f MLLD with the supplied modulation signal having the frequency f M.
また、他の一例として、周波数fMの変調信号を駆動信号として、レーザー光源111を直接駆動することで、レーザー光源111から、周波数fMで変調されたレーザー光を出射させる構成としてもよい。 As another example, the laser light source 111 may be directly driven by using the modulation signal having the frequency f M as a drive signal, so that the laser light modulated at the frequency f M is emitted from the laser light source 111.
また、レーザー光源111は、後方端面のミラーとして、可飽和吸収ミラー(SAM:Saturable Absorber Mirror)を備えてもよい。過飽和吸収ミラーは、主に分布ブラッグ反射鏡(DBR:Distributed Bragg Reflector)と可飽和吸収体とで構成されている。具体的な一例として、半導体可飽和吸収ミラー(SESAM:Semiconductor Saturable Absorber Mirror)が挙げられる。 The laser light source 111 may include a saturable absorber mirror (SAM) as a rear end face mirror. The saturable absorbing mirror is mainly composed of a distributed Bragg reflector (DBR) and a saturable absorber. A specific example is a semiconductor saturable absorber mirror (SESAM).
半導体可飽和吸収ミラーは、レーザー光源111から出射されたレーザー光を可飽和吸収メカニズムによりQスイッチモードロックを発生させて、当該レーザー光よりもパルス幅の短くエネルギーの大きいレーザー光に変換する。 The semiconductor saturable absorption mirror converts the laser light emitted from the laser light source 111 into laser light having a shorter pulse width and higher energy than that of the laser light by generating a Q switch mode lock by a saturable absorption mechanism.
回折格子115は、入射したレーザー光のうち所定の周波数(即ち、周波数fMLLD)の光の一部をMLLD部11の外部に出射するように反射させ、他の一部をレーザー光源111に向けて反射させる。また、回折格子115は、周波数fMLLDとは異なる他の周波数の光については、MLLD部11の外部及びレーザー光源111とは異なる方向に向けて反射させる。このような構成により、周波数fMLLDの光がMLLD部11の内部で共振するとともに、当該周波数fMLLDの光のみがMLLD部11の外部に出射されることとなる。なお、上記に説明した構成を実現可能であれば、回折格子115を他の構成に置き換えてもよい。具体的な一例として、回折格子115に替えて、バンドパスフィルタ(BPF)とハーフミラーとを組み合わせた構成を設けてもよい。また、以降では、MLLD部11から出射されるレーザー光、即ち、周波数fMLLDの光が周波数fMの変調信号により変調されたレーザー光を、「レーザー光L1」と記載する場合がある。
The
MLLD部11から出射されたレーザー光L1は、レンズ121及びミラー123を経てアイソレーター125に導光され、アイソレーター125を透過し、レンズ127を経て光増幅器部(SOA部)131に入射する。なお、MLLD部11から出射されたレーザー光L1を、アイソレーター125を経て光増幅器部(SOA部)131に導光させることが可能であれば、光路中に配置される光学系の構成は、レンズ121及びミラー123には限定されないことは言うまでもない。
The laser beam L1 emitted from the
アイソレーター125は、MLLD部11と光増幅器部(SOA部)131との間に介在し、MLLD部11からのレーザー光L1を光増幅器部(SOA部)131に向けて透過させる。また、アイソレーター125は、光増幅器部(SOA部)131からの反射光(漏れ光)を遮断することで、当該反射光がMLLD部11に入射すことを防止している。
The
光増幅器部(SOA部)131は、例えば、半導体光増幅アンプからなる。光増幅器部(SOA部)131は、入射したレーザー光(即ち、MLLD部11から出射されたレーザー光L1)を増幅変調する光変調部として機能し、アイソレーター125の後段に配置されている。
The optical amplifier unit (SOA unit) 131 is composed of, for example, a semiconductor optical amplifier. The optical amplifier section (SOA section) 131 functions as an optical modulation section that amplifies and modulates the incident laser light (that is, the laser light L1 emitted from the MLLD section 11), and is disposed at the subsequent stage of the
MLLD部11から出力されるレーザーは、そのパワーが比較的小さいため、光増幅器部131によって増幅される。
The laser output from the
光増幅器部131は、小型かつ低コストの光増幅器であり、また、光をオン・オフする光ゲート、光スイッチとして用いることができる。本実施形態においては、この光増幅器部131のオン・オフによって、MLLD部11から出射したレーザー光L1を変調する。
The
光増幅器部131の動作は、SOAドライバ40によって制御される。具体的には、光増幅器部(SOA部)131は、SOAドライバ40から供給される制御電流(直流)の大きさに応じてレーザー光L1を増幅する。更に、光増幅器部131は、増幅の際に、パルス波形の制御電流で間欠駆動を行うことにより、レーザー光L1を所定の周期でオン・オフし、間欠的なレーザー光、即ち、パルスレーザー光L2を出力する。
The operation of the
このとき、SOAドライバ40は、同期信号生成部302から供給される周波数fSOAのSOA駆動信号に基づき、光増幅器部(SOA部)131を間欠駆動する。即ち、光増幅器部(SOA部)131は、レーザー光L1を、周波数fSOAでオン・オフすることで当該レーザー光L1を変調し、変調後のパルスレーザー光L2を出力することとなる。
At this time, the
なお、制御電流の周波数fSOAは、後述するサーボ制御ドライバ313が、共振器21の光路長をサーボ制御する帯域との干渉を避けるように決定される。周波数fSOAを決定する方法の詳細については、「4.制御部の詳細」において別途後述する。
The frequency f SOA of the control current is determined so as to avoid interference with a band in which a
光増幅器部(SOA部)131から出射されたパルスレーザー光L2は、レンズ129を経て、後述する制御部30のアイソレーター303に導光され、当該アイソレーター303を透過して波長変換光学系20に入射する。
The pulsed laser light L2 emitted from the optical amplifier unit (SOA unit) 131 is guided to the
次に、波長変換光学系20の各構成について説明する。波長変換光学系20は、共振器21と、リレーレンズ221及び223と、ミラー225及び227とを含む。
Next, each configuration of the wavelength conversion
光源ユニット10から出力されたパルスレーザー光L2は、後述する制御部30のアイソレーター303と、リレーレンズ221及び223と、ミラー225及び227とを経て、インプットカプラー201から共振器21の内部に入射する。なお、光源ユニット10から出射されたパルスレーザー光L2を、アイソレーター303を経て共振器21の内部に導光させることが可能であれば、光路中に配置される光学系の構成は、リレーレンズ221及び223と、ミラー225及び227とには限定されない。
The pulsed laser light L2 output from the
共振器21は、所謂、光パラメトリック発振器(OPO:Optical Parametric Oscillation)であり、光源ユニット10からのパルスレーザー光L2を内部で共振させるとともに、当該レーザー光L2の波長を変換し、波長が変換されたパルスレーザー光L4を出力する。以下に、共振器21の詳細な構成について説明する。なお、以降では、共振器21に入射するパルスレーザー光を「励起レーザー光」と呼び、波長が変換されて共振器21から出力されるパルスレーザー光を「OPOレーザー光」と呼ぶ場合がある。また、共振器21内で共振する励起レーザー光を、当該共振器21内に入射する前のパルスレーザー光L2と区別する場合には、「励起レーザー光L3」もしくは、「パルスレーザー光L3」と記載する場合がある。
The
共振器21は、インプットカプラー201と、ミラー203、205、及び207と、ダイクロイックミラー209と、アウトプットカプラー211と、非線形光学素子213とを含む。インプットカプラー201及びアウトプットカプラー211は、一般的には、数%の透過率を有するパーシャルリフレクター(部分反射鏡)である。
The
また、ミラー203とミラー205との間には、非線形光学素子213が配されている。
Further, a nonlinear
非線形光学素子213は、例えば、KTP(KTiOPO4)、LN(LiNbO3)、QPMLN(疑似位相整合LN)、BBO(β−BaB2O4)、LBO(LiB3O4)、KN(KNbO3)等が用いられる。
The nonlinear
非線形光学素子213は、一例として、入力されたレーザー光(即ち、励起レーザー光L3)を2つの波長に変換する。そして、変換した2つの波長のうち、少なくとも一方の波長(例えば、長波長)のレーザー光が、OPOレーザー光L4として、共振器21内で共振し、アウトプットカプラー211から共振器21の外部に出力されることとなる。
For example, the nonlinear
また、インプットカプラー201と、ミラー203との間にはダイクロイックミラー209が配されている。ダイクロイックミラー209は、ミラー203によりインプットカプラー201に向けて反射された光のうち、励起レーザー光L3をインプットカプラー201に向けて透過させ、OPOレーザー光L4をアウトプットカプラー211に向けて反射させる。このような構成により、本実施形態に係る共振器21は、励起レーザー光L3と、OPOレーザー光L4とが異なる光路を経て共振器21内を導光される。以下に、共振器21内における励起レーザー光L3及びOPOレーザー光L4の光路の詳細について、それぞれ説明する。
Further, a
まず、励起レーザー光L3の光路に着目する。インプットカプラー201から共振器内部に入射した励起レーザー光L3は、ダイクロイックミラー209を透過し、ミラー203、非線形光学素子213、及びミラー205を経て、ミラー207に到達し、当該ミラー207で反射される。
First, attention is focused on the optical path of the excitation laser beam L3. The excitation laser light L3 incident on the resonator from the
また、ミラー207で反射された励起レーザー光L3は、ミラー205、非線形光学素子213、及びミラー203を経て、ダイクロイックミラー209に導光され、当該ダイクロイックミラー209を透過し、インプットカプラー201に導光される。
Further, the excitation laser light L3 reflected by the
インプットカプラー201は、導光された励起レーザー光L3の一部を反射させるとともに、他の一部を共振器21の外部に出射させる。このように、共振器21内に入射した励起レーザー光L3は、インプットカプラー201と、ミラー207との間で反射を繰り返す。即ち、インプットカプラー201と、ミラー207との間の光路が、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長(換言すると、共振器長)に相当し、当該光路長が励起レーザー光L3の共振条件に合わせて調整されることで、励起レーザー光L3が共振器21内で共振することとなる。
The
また、インプットカプラー201から共振器21の外部に出射された励起レーザー光は、共振器21からの反射光として、アイソレーター303により光検出器305に向けて導光され、当該光検出器305で検出される。
Further, the excitation laser light emitted from the
次に、OPOレーザー光L4の光路に着目する。非線形光学素子213で波長変換された励起レーザー光L3、即ち、OPOレーザー光L4は、ミラー205を経てミラー207に到達し、当該ミラー207で反射される。
Next, attention is focused on the optical path of the OPO laser beam L4. The excitation laser light L3 wavelength-converted by the nonlinear
また、ミラー207で反射されたOPOレーザー光L4は、ミラー205、非線形光学素子213、及びミラー203を経て、ダイクロイックミラー209に導光され、当該ダイクロイックミラー209で反射されて、アウトプットカプラー211に導光される。
Further, the OPO laser light L4 reflected by the
アウトプットカプラー211は、導光されたOPOレーザー光L4の一部を反射させるとともに、他の一部を共振器21の外部に出射させる。このように、共振器21内に入射したOPOレーザー光L4は、アウトプットカプラー211と、ミラー207との間で反射を繰り返す。即ち、アウトプットカプラー211と、ミラー207との間の光路が、共振器21内におけるOPOレーザー光L4の光路長(換言すると、共振器長)に相当し、当該光路長がOPOレーザー光L4の共振条件に合わせて調整されることで、OPOレーザー光L4が共振器21内で共振することとなる。
The
次に、共振器21内における、励起レーザー光L3及びOPOレーザー光L4それぞれの光路長の調整に係る動作について説明する。本実施形態に係る共振器21では、ミラー207は、当該ミラー207に入射する励起レーザー光L3及びOPOレーザー光L4の光軸方向に沿って位置を調整可能に構成されている。同様に、アウトプットカプラー211は、当該アウトプットカプラー211に入射するOPOレーザー光L4の光軸方向に沿って位置を調整可能に構成されている。
Next, an operation related to adjustment of the optical path lengths of the excitation laser beam L3 and the OPO laser beam L4 in the
即ち、ミラー207の位置が調整されることで、励起レーザー光L3及びOPOレーザー光L4それぞれの光路長が調整され、アウトプットカプラー211の位置が調整されることで、OPOレーザー光L4の光路長が調整される。そのため、例えば、励起レーザー光L3の共振条件を満たすようにミラー207の位置が調整され、次いで、OPOレーザー光L4の共振条件を満たすようにアウトプットカプラー211の位置が調整される構成としてもよい。このような順序でミラー207及びアウトプットカプラー211の位置が調整されることで、励起レーザー光L3及びOPOレーザー光L4それぞれについて、共振条件を満たすように光路長を制御することが可能となる。
That is, the optical path length of each of the excitation laser light L3 and the OPO laser light L4 is adjusted by adjusting the position of the
ミラー207及びアウトプットカプラー211の位置は、例えば、電磁アクチュエーター(VCM:Voice Coil Motor)や、圧電素子構成等のようなアクチュエーターデバイスにより調整される。なお、ミラー207及びアウトプットカプラー211の位置を調整するためのアクチュエーターデバイスの動作は、後述するサーボ制御ドライバ313により制御される。また、ミラー207及びアウトプットカプラー211の位置を制御するアクチュエーターデバイスが、「駆動部」の一例に相当する。
The positions of the
次に、制御部30の各構成について説明する。
Next, each component of the
アイソレーター303は、光増幅器部(SOA部)131と共振器21との間に介在し、光増幅器部(SOA部)131から出力されるパルスレーザー光L2を共振器21に向けて透過させる。
The
また、共振器21のインプットカプラー201を透過して当該共振器21の外部に出射した励起レーザー光L3の一部、即ち、共振器21からの反射光は、ミラー227及び225と、リレーレンズ223及び221とを経て、アイソレーター303に導光される。アイソレーター303は、共振器21からの反射光を、光増幅器部(SOA部)131とは異なる方向に配置された光検出器305に向けて反射させることで、当該反射光が光増幅器部(SOA部)131に入射することを防止している。
Further, a part of the excitation laser light L3 transmitted through the
光検出器305は、例えば、PD(Photo Detector)からなる。光検出器305は、アイソレーター303を経て導光された共振器21からの反射光を検出する。光検出器305は、共振器21からの反射光の検出結果を反射信号としてバンドパスフィルタ307に出力する。
The
バンドパスフィルタ307は、励起レーザー光L3に対応する帯域の信号を混合器309に向けて通過させ、当該帯域以外の信号を遮断する。これにより、光検出器305の検出結果に基づく信号のうち、共振器21からの反射光(即ち、共振器21から漏れ出た励起レーザー光L3)に基づく信号がバンドパスフィルタ307を通過して混合器309に入力され、外乱等に伴うその他の光に基づく信号がバンドパスフィルタ307で遮断される。
The
混合器309は、発振器301から供給される周波数fMの信号と、共振器21からの反射光に基づく反射信号とを積算することで誤差信号を生成し、生成した誤差信号を駆動信号生成部311に出力する。このとき生成される誤差信号は、所謂、PDH(Pound-Drever-Hall)法における誤差信号に相当し、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長と、当該励起レーザー光L3の共振条件を満たす光路長との間のずれを示している。
The
駆動信号生成部311は、ローパスフィルタと、同期検波回路と、位相補償部とを含む。混合器309から出力された誤差信号は、駆動信号生成部311のローパスフィルタにより高周波成分(即ち、ノイズ)が除去されて、同期検波回路に供給される。
The drive
駆動信号生成部311の同期検波回路には、同期信号生成部302からS/H信号が供給される。同期検波回路は、ローパスフィルタによりノイズが除去された誤差信号を、同期信号生成部302から供給されたS/H信号に基づき同期検波する。そして、同期検波回路は、S/H信号に基づき同期検波した誤差信号(以降では、「S/H出力」と呼ぶ場合がある)を位相補償部に出力する。
The S / H signal is supplied from the synchronization
駆動信号生成部311の位相補償部は、同期検波回路から供給されるS/H出力の位相を補償し、位相が補償されたS/H出力を駆動信号としてサーボ制御ドライバ313に供給する。
The phase compensation unit of the drive
サーボ制御ドライバ313は、駆動信号生成部311から供給される駆動信号に基づき、アクチュエーターデバイスを駆動することで、ミラー207の位置を調整する。このとき、当該駆動信号は、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長と、当該励起レーザー光L3の共振条件を満たす光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき生成されている。そのため、サーボ制御ドライバ313が、駆動信号生成部311から供給される駆動信号に基づきミラー207の位置を制御することで、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長がサーボ制御される。
The
なお、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長が制御された場合、即ち、ミラー207の位置が変動した場合には、共振器21内におけるOPOレーザー光L4の光路長も変動することとなる。そのため、サーボ制御ドライバ313は、ミラー207の位置を制御した場合には、当該ミラー207の位置の制御量に応じてアウトプットカプラー211の位置を調整することで、OPOレーザー光L4の光路長をあわせて制御すればよいことは言うまでもない。
When the optical path length of the excitation laser beam L3 in the
以上、図1を参照しながら、本実施形態に係るレーザー光発生装置1の構成について説明した。なお、上述した制御部30及びSOAドライバ40が、「制御部」の一例に相当する。また、制御部30及びSOAドライバ40と、ミラー207及びアウトプットカプラー211の位置を制御するアクチュエーターデバイスとを含む構成が、「制御装置」の一例に相当する。
The configuration of the
<2.間欠発光による利点>
次に、間欠発光によりレーザーのピークパワーを高くした状態で出力する場合の利点について、図2を参照しながら説明する。図2は、間欠発光によりレーザーのピークパワーを高くした状態を示す特性図である。
<2. Advantages of intermittent light emission>
Next, the advantage in the case of outputting with the peak power of the laser increased by intermittent light emission will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a characteristic diagram showing a state in which the peak power of the laser is increased by intermittent light emission.
本実施形態に係るレーザー光発生装置1は、例えば、生体サンプルをレーザー光により走査し、当該生体サンプルからの光を観測するようなレーザー走査型顕微鏡に適用することが可能である。このようなレーザー走査型顕微鏡のように、生体サンプルに対してレーザー光を照射する観測においては、対象物のダメージを少なくするために、レーザーの平均パワーを低くして、ピークパワーを高くすることが有効である。
The laser
また、レーザー光源111として半導体レーザーを用いたMOPA型光源を構成するレーザーチップは、小型であるが故に、高電力の負荷による発熱によって動作限界が定まることが考えられる。 Further, since the laser chip constituting the MOPA type light source using a semiconductor laser as the laser light source 111 is small, it is considered that the operation limit is determined by heat generated by a high power load.
これに対して、本実施形態に係るレーザー光発生装置1の光源ユニット10は、光増幅器部(SOA部)131の間欠運転により、間欠的なレーザー光(パルスレーザー光L2)を出力するため、間欠運転を行わない場合と比較すると、平均電力は同じであるにも関わらず、発光している際のピークを高めることができる。また、間欠運転を行うことにより、高電力の負荷によるレーザーチップの発熱も抑えることができる。
On the other hand, the
ここで、レーザー走査型顕微鏡のうち、特に、二光子励起顕微鏡と呼ばれる、蛍光顕微鏡に対して、本実施形態に係るレーザー光発生装置1を光源として用いた場合に着目して、間欠発光によりレーザーのピークパワーを高くした場合の特性について説明する。ここで、蛍光顕微鏡とは、生体サンプルを光源から出射されるレーザー光により走査し、当該生体サンプルからの蛍光を観測する顕微鏡を指す。また、二光子励起顕微鏡は、前述した蛍光顕微鏡のうち、二光子励起による蛍光発生、即ち、2つの光子と分子との相互作用により分子が励起状態となることで蛍光が発生する仕組みを利用したものである。
Here, among laser scanning microscopes, focusing on the case where the laser
二光子励起の光源を用いる顕微鏡においては、性能指数(Figure of Merit)としてFOM(=(ピークパワー)2×パルス幅×周波数=ピークパワー×平均パワー)が知られている。この性能指数によれば、ピークパワーと平均パワーの積に比例して、出力を増加させることができる。従って、生体のレーザー顕微鏡観察において、対象物のダメージを最小限に抑えて出力を高めるためには、平均パワーを低くしてピークパワーを高くすることが有効である。このため、本実施形態では、間欠運転を行うことでデューティー(DUTY=パルス幅×周波数)比を低くして、ピークパワーを高くしている。 In a microscope using a two-photon excitation light source, FOM (= (peak power) 2 × pulse width × frequency = peak power × average power) is known as a figure of merit. According to this figure of merit, the output can be increased in proportion to the product of peak power and average power. Therefore, in the observation of a living body with a laser microscope, it is effective to increase the peak power by reducing the average power in order to increase the output while minimizing the damage to the object. For this reason, in this embodiment, the duty (DUTY = pulse width × frequency) ratio is lowered and the peak power is increased by performing intermittent operation.
例えば、図2の上段ではレーザー光源から出力されるレーザー光の特性を示しており、上段の左側の特性は連続発光のピークパワーを、右側の特性はDUTY比を50%とした場合の間欠発光のピークパワーを示している。このように、間欠発光のDUTY比を50%とした場合、連続発光の信号強度(I0)に対して、間欠発光の場合は2倍の信号強度(2×I0)を出力することができる。 For example, the upper part of FIG. 2 shows the characteristics of the laser light output from the laser light source. The upper left characteristic is the continuous light emission peak power, and the right characteristic is the intermittent light emission when the DUTY ratio is 50%. The peak power is shown. As described above, when the duty ratio of intermittent light emission is set to 50%, the signal intensity (2 × I 0 ) that is twice as high in the case of intermittent light emission can be output with respect to the signal intensity (I 0 ) of continuous light emission. it can.
また、図2の中段は二光子励起により発生する蛍光信号の特性を示しており、左側の特性は連続発光の場合の蛍光のピークパワーを、右側の特性はDUTY比を50%とした場合の間欠発光の場合の蛍光のピークパワーを示している。性能指数FOMによれば、二光子励起の場合はピークパワーの2乗で性能指数が高くなる。従って、間欠発光の場合、二光子励起の場合の蛍光の信号強度(=4×I0 2)は連続発光の場合の蛍光の信号強度(=I0 2)に対して4倍となる。また、パルス発光ポイントとパルス非発光ポイントの平均の信号強度においても、二光子励起の場合の蛍光の平均信号強度(=2×I0 2)は、連続発光の場合の蛍光の信号強度(=I0 2)に対して2倍となる。従って、本実施形態によれば、光源ユニット10において間欠駆動を行うことにより、ピークパワーおよび平均信号強度を高めることが可能である。
The middle part of FIG. 2 shows the characteristics of the fluorescence signal generated by two-photon excitation. The left side characteristic shows the peak power of fluorescence in the case of continuous light emission, and the right side characteristic shows the case where the DUTY ratio is 50%. The peak power of fluorescence in the case of intermittent light emission is shown. According to the figure of merit FOM, in the case of two-photon excitation, the figure of merit increases with the square of the peak power. Therefore, in the case of intermittent light emission, the fluorescence signal intensity (= 4 × I 0 2 ) in the case of two-photon excitation is four times the fluorescence signal intensity (= I 0 2 ) in the case of continuous light emission. Also, the average signal intensity of fluorescence in the case of two-photon excitation (= 2 × I 0 2 ) in the average signal intensity of the pulse emission point and the pulse non-emission point is equal to the fluorescence signal intensity (= I 0 2 ). Therefore, according to the present embodiment, the peak power and the average signal intensity can be increased by performing intermittent driving in the
図2の下段の特性は、中段の特性を帯域制限のローパスフィルタ(図1に示す駆動信号生成部311が有するローパスフィルタ)に通過させた信号を示している。オン/オフのデューティー比が50%(1/2)の場合、信号振幅は1/2となることから、結果として、二光子励起の間欠発光では、連続発光の場合に比べて2倍の信号振幅を得ることができる。さらに、前述した駆動信号生成部311により、オン状態の場合の信号のみをサンプリングした場合には、二光子励起の間欠発光では、連続発光の場合に比べて4倍の信号振幅を得られることとなる。
The lower characteristic in FIG. 2 indicates a signal obtained by passing the middle characteristic through a band-limited low-pass filter (a low-pass filter included in the drive
<3.本実施形態に係るレーザー光発生装置の課題>
一方で、本実施形態に係るレーザー光発生装置1のように、例えば、PDH法により、共振器21の光路長をサーボ制御することで共振動作を安定させる場合には、閉ループサーボの対象とする帯域に外乱信号が入ると、誤差信号の正確な検出が困難となる場合がある。
<3. Problems of Laser Light Generating Device According to this Embodiment>
On the other hand, when the resonance operation is stabilized by servo-controlling the optical path length of the
特に、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域に干渉する場合には、パルスレーザー光の間欠発光が外乱となり、結果として、レーザー光発生装置は、共振器の光路長の正確が困難となる場合がある。 In particular, when the band of intermittent emission of pulsed laser light interferes with the band targeted for closed-loop servo, the intermittent emission of pulsed laser light becomes a disturbance, and as a result, the laser light generation device uses the optical path length of the resonator. It may be difficult to be accurate.
そのため、本実施形態に係るレーザー光発生装置1は、光源ユニット10から出射されたパルスレーザー光を共振器21内において共振させる構成において、高出力のパルレーザー光が安定して出力されるように共振器21の光路長を制御することを目的とする。具体的には、レーザー光発生装置1は、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域との干渉を避けるように、発振器301から供給される周波数fMと、パルスレーザー光の間欠発光の周波数fSOAとを決定する。
For this reason, the
そこで、以降では、本実施形態におけるレーザー光発生装置1における制御部30の詳細について、特に周波数fM及び周波数fSOAを決定する方法に着目して説明する。
Therefore, hereinafter, details of the
<4.制御部の詳細>
[4.1.信号間の関係]
制御部30の詳細として、周波数fM及び周波数fSOAを決定する方法について説明するにあたり、まず、本実施形態に係るレーザー光発生装置1におけるサーボ制御に係る信号間の関係について、図3を参照しながら説明する。図3は、サーボ制御に係る信号間の関係について説明するための説明図であり、各信号間の関係を示す概略的なタイムチャートである。
<4. Details of control unit>
[4.1. Relationship between signals]
In describing the method of determining the frequency f M and the frequency f SOA as the details of the
図3において、MLLD出力L1は、図1を参照しながら説明した、MLLD部11から出力されるレーザー光L1(即ち、周波数fMLLDの光が周波数fMの変調信号により変調された光)を示している。MLLD出力L1は、例えば、発振器301から供給される変調信号の周波数fM=10[MHz]の場合には、当該変調の周期が0.1[μs]となる。
In FIG. 3, the MLLD output L1 is the laser light L1 output from the
また、SOA駆動信号g11は、SOAドライバ40が光増幅器部(SOA部)131を間欠駆動するためのSOA駆動信号を示している。前述の通り、SOA駆動信号g11は、同期信号生成部302により、発振器301から供給される周波数fMの信号に同期するように生成される。なお、図3に示す例では、SOA駆動信号g11の周波数fSOAは、fSOA=100[kHz]に設定されており、この場合におけるSOA駆動信号g11の周期は5[μs]となる。
An SOA drive signal g11 indicates an SOA drive signal for the
MOPA出力L2は、光増幅器部(SOA部)131が、周波数fSOAのSOA駆動信号g11に基づき間欠駆動されることで、前述したMLLD出力L1が変調された変調信号を示している。なお、MOPA出力L2は、図1を参照しながら説明した、光源ユニット10から出力されるパルスレーザー光L2に相当する。なお、MOPA出力L2のオン状態における、MLLD出力L1の成分の波数は、MLLD出力L1の周期0.1[μs]と、SOA駆動信号g11の周期5[μs]とから、50[wobble]となる。
The MOPA output L2 indicates a modulated signal obtained by modulating the MLLD output L1 described above by the optical amplifier unit (SOA unit) 131 being intermittently driven based on the SOA drive signal g11 having the frequency f SOA . The MOPA output L2 corresponds to the pulsed laser light L2 output from the
参照符号L3は、共振器21内に入射したMOPA出力L2に基づき、当該共振器21内で共振する励起レーザー光を示しており、図1を参照しながら説明した励起レーザー光L3を示している。
Reference numeral L3 indicates the excitation laser beam that resonates in the
共振器21内にMOPA出力L2が入射した場合、MOPA出力L2がオン状態のタイミングでは共振が発生し、MOPA出力L2がオフ状態のタイミングでは共振が発生しない。また、MOPA出力L2がオフ状態からオン状態に遷移する際には、励起レーザー光L3が共振する状態に直ちに遷移はせずに、共振状態に遷移する時間(以降では、「ビルドアップ期間」と呼ぶ場合がある)Tbuildを要する。
When the MOPA output L2 is incident on the
そのため、例えば、PDH法等により共振器21内の光路長をサーボ制御する場合には、参照符号g21で示された、MOPA出力L2がオン状態であり、かつ、ビルドアップ完了後(ビルドアップ期間Tbuild経過後)の期間における励起レーザー光L3が、誤差信号として有効である。
Therefore, for example, when the optical path length in the
一方で、参照符号g23で示された期間(即ち、MOPA出力L2がオフ状態の期間及びビルドアップ期間Tbuild)、特に、MOPA出力L2がオフ状態の期間には、同期検波をするために十分な周波数fMの信号が含まれていない。そのため、参照符号g23で示された期間に得られる誤差信号からは、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長と、当該励起レーザー光L3の共振条件を満たす光路長との間のずれを推定することは困難である。
On the other hand, the period indicated by the reference symbol g23 (that is, the period when the MOPA output L2 is off and the build-up period T build ), particularly during the period when the MOPA output L2 is off, is sufficient for synchronous detection. signal of frequency f M does not contain such. For this reason, the error signal obtained during the period indicated by reference numeral g23 indicates a deviation between the optical path length of the excitation laser light L3 in the
参照符号g31及びg33は、図1における混合器309により生成される誤差信号、即ち、発振器301から供給される周波数fMの信号と、共振器21からの反射光に基づく反射信号とを積算することで生成された誤差信号を示している。誤差信号g31は、期間g21に対応しており、誤差信号g33は、期間g23に対応している。
Reference numerals g31 and g33 integrate the error signal generated by the
このことから、誤差信号g31及びg33のうち、誤差信号g31を同期検波により検出することが望ましい。即ち、同期信号生成部302は、タイミングg21に同期するように、発振器301から供給される周波数fMの信号を変調してS/H信号g41を生成し、生成したS/H信号g41を駆動信号生成部311に供給する。なお、ビルドアップ期間Tbuildは、共振器における共振の鋭さを示すフィネス(Finesse)に比例し、共振器21のインプットカプラー201及びミラー207それぞれの反射率と、励起レーザー光L3の周波数とに基づきあらかじめ算出することが可能である。なお、ビルドアップ期間Tbuildの詳細については、「4.3.共振器内におけるビルドアップに基づく制限」において別途後述する。
Therefore, it is desirable to detect the error signal g31 among the error signals g31 and g33 by synchronous detection. That is, the synchronization
S/H出力g51は、図1を参照しながら説明した、駆動信号生成部311が、同期信号生成部302から供給されるS/H信号g41に基づき誤差信号g31及びg33を同期検波することで生成した信号を示している。
The S / H output g51 is obtained by synchronously detecting the error signals g31 and g33 based on the S / H signal g41 supplied from the synchronization
駆動信号生成部311は、S/H出力g51の位相を補償し、位相が補償されたS/H出力g51を駆動信号としてサーボ制御ドライバ313に供給する。これにより、サーボ制御ドライバ313は、駆動信号生成部311から供給される駆動信号(即ち、位相が補償されたS/H出力g51)に基づき、共振器21内における励起レーザー光L3のオン/オフに同期して、共振器21の光路長をサーボ制御することが可能となる。
The drive
[4.2.サーボ制御の帯域に基づく制限]
次に、図4を参照しながら、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域との干渉を避けるように設定されりための、周波数fM及び周波数fSOAの制限について説明する。図4は、サーボ制御の特性について説明するための図である。
[4.2. Limitation based on servo control bandwidth]
Next, referring to FIG. 4, the frequency f M and the frequency f SOA are limited so that the intermittent emission band of the pulse laser beam is set so as to avoid interference with the band targeted for the closed loop servo. explain. FIG. 4 is a diagram for explaining the characteristics of servo control.
図4において、参照符号g61は、本実施形態に係るレーザー光発生装置1において、ミラー207の位置をサーボ制御するアクチュエーターのゲイン特性の一例を示している。ゲイン特性g61の縦軸はゲイン(Gain)[dB]を示しており、横軸は周波数f[Hz]を示している。
In FIG. 4, reference numeral g <b> 61 indicates an example of gain characteristics of an actuator that servo-controls the position of the
また、参照符号g63は、本実施形態に係るレーザー光発生装置1において、ミラー207の位置をサーボ制御するアクチュエーターの位相特性を示している。位相特性g63の縦軸は位相(Phase)[°]を示しており、横軸は周波数f[Hz]を示している。なお、ゲイン特性g61の横軸と、位相特性g63の横軸とは共通している。また、参照符号g65は、駆動信号生成部311の位相補償部の特性を示しており、この位相補償部の特性により、ゲイン特性g63が補償されていることがわかる。
Reference numeral g63 indicates the phase characteristic of an actuator that servo-controls the position of the
参照符号m1は、ゲイン余裕、即ち、位相特性g63において位相が−180[°]となる周波数fmaxにおいて、ゲインが、0[dB]となるまで(即ち、発振するまで)にどれだけの余裕があるかを示している。同様に、参照符号m2、位相余裕、即ち、ゲイン特性g61においてゲインが0[dB]となるカットオフ周波数fRSにおける、位相が、−180[°]となるまで(即ち、発振するまで)にどれだけの余裕があるかを示している。 The reference sign m1 is a gain margin, that is, how much margin until the gain becomes 0 [dB] (that is, until oscillation) at the frequency f max where the phase is −180 [°] in the phase characteristic g63. Indicates whether there is. Similarly, the reference sign m2, the phase margin, that is, until the phase becomes −180 [°] (that is, until oscillation occurs) at the cutoff frequency f RS at which the gain is 0 [dB] in the gain characteristic g61. It shows how much you can afford.
なお、ゲイン余裕を判定する周波数、即ち、位相特性g63が−180[°]となる周波数以下の帯域fwidthでの特性が共振器21の光路長のサーボ制御性能に影響する。さらには、一般的にはアクチュエーターはカットオフ周波数fRSの振動まで追従するので、カットオフ周波数fRSがサーボ制御性能を表す数値として用いられる。
The frequency at which the gain margin is determined, that is, the characteristic in the band f width below the frequency at which the phase characteristic g63 is −180 [°] affects the servo control performance of the optical path length of the
パルスレーザー光の間欠発光は一種のサンプリング動作と考えることができるが、サンプリングされた信号が正確に復元されるにはサンプリング周波数が信号成分の2倍より大きい必要があることが知られている。ここでは、同条件に基づき、周波数fM及び周波数fSOAの制限について以下に詳細に説明する。 Although intermittent emission of pulsed laser light can be considered as a kind of sampling operation, it is known that the sampling frequency needs to be greater than twice the signal component in order to accurately restore the sampled signal. Here, the limitation on the frequency f M and the frequency f SOA will be described in detail below based on the same conditions.
まず、サンプリング周波数が信号成分の2倍より大きい必要があることから、周波数fM及び周波数fSOAはカットオフ周波数fRSの2倍より大きい必要があることは明らかである。さらに図4に示す参照符号g65のような位相補償部の特性を実現するには、位相補償部の位相進み周波数をカットオフ周波数fRSの1/3、位相遅れ周波数をカットオフ周波数fRSの3倍以上とすることが知られている。したがって位相補償部の特性を正確に復元するには位相遅れ周波数までは正確に復元されることが望ましく、これより周波数fM及び周波数fSOAは位相遅れ周波数の2倍以上であることが望ましい。
First, since the sampling frequency is twice must be greater than the signal component, the frequency f M and frequency fSOA it is clear that there are twice must be greater than the cut-off frequency f RS. To further implement the characteristics of the phase compensation unit as reference numeral g65 shown in FIG. 4, the phase advance cut-off frequency f RS the frequency of the
以上より、周波数fM及び周波数fSOAとカットオフ周波数fRSとの関係は次の式1のようになる。この結果から、周波数fM及び周波数fSOAとカットオフ周波数fRSとの関係は、以下に示す式2のようになることが望ましい。なお、以下に示した式2が、「条件式1」に相当する。また、定数jが、サーボ制御を安定させるための「マージン値j」の一例に相当する。
Thus, the relationship between the frequency f M and frequency f SOA and the cut-off frequency f RS is as the
fSOA>(fRS×3)×2=j×fRS(j=6)…(式1)
fSOA>j×fRS…(式2)
f SOA > (f RS × 3) × 2 = j × f RS (j = 6) (Expression 1)
f SOA > j × f RS (Formula 2)
以上、図4を参照しながら、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボの対象とする帯域との干渉を避けるように設定するための、周波数fM及び周波数fSOAの制限について説明した。 As described above, the limitation on the frequency f M and the frequency f SOA for setting the intermittent emission band of the pulsed laser beam so as to avoid interference with the band targeted for the closed loop servo has been described with reference to FIG. .
[4.3.共振器内におけるビルドアップ期間に基づく制限]
次に、前述した、共振器21内における励起レーザー光L3のビルドアップ期間Tbuildの算出方法の詳細と、当該ビルドアップ期間Tbuildに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数fSOAの制限について説明する。
[4.3. Limitation based on build-up period in resonator]
Next, the details of the calculation method of the build-up period T build of the excitation laser beam L3 in the
まず、ビルドアップ期間Tbuildの算出方法について、図5を参照しながら説明する。図5は、ビルドアップ期間の算出方法について説明するための説明図であり、共振器の構成を概略的に示した図である。図5において、参照符号L21は、レーザー光源から出射され共振器内に入射するレーザー光を示し、参照符号L31は、当該レーザー光L21に基づき共振器内で共振する励起レーザー光を示している。また、参照符号L41は、当該共振器から出射されるOPOレーザー光を示している。 First, a method for calculating the buildup period T build will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method for calculating the build-up period, and is a diagram schematically showing a configuration of a resonator. In FIG. 5, reference symbol L21 indicates laser light emitted from the laser light source and incident in the resonator, and reference symbol L31 indicates excitation laser light that resonates in the resonator based on the laser light L21. Reference symbol L41 indicates OPO laser light emitted from the resonator.
また、参照符号215及び217は、共振器を構成するミラーを示している。図5に示す例では、ミラー215の反射率をR1とし、当該反射率R1に基づく反射振幅をr1としている。同様に、ミラー217の反射率をR2とし、当該反射率R2に基づく反射振幅をr2としている。
このとき、共振器における共振の鋭さを示すフィネスFは、反射振幅r1及びr2に基づき決定される係数R’=r1×r2により、以下に示す式3に基づき決定される。 At this time, the finesse F indicating the sharpness of resonance in the resonator is determined based on Expression 3 shown below by a coefficient R ′ = r1 × r2 determined based on the reflection amplitudes r1 and r2.
F=π×sqrt(R’)/(1−R’)…(式3) F = π × sqrt (R ′) / (1−R ′) (Formula 3)
なお、ミラー215及び217の各反射率R1及びR2は、励起レーザー光L31及びOPOレーザー光L41それぞれについて異なる反射率となるように設計されている場合がある。例えば、ミラー215及び217の励起レーザー光L31及びOPOレーザー光L41それぞれに対する反射率は、当該励起レーザー光L31及びOPOレーザー光L41のそれぞれに対してあらかじめ決められたフィネスFの条件を満たすように設計される。
Note that the reflectances R1 and R2 of the
また、共振器内に入射したレーザー光L21の強度が1/eとなるまでの時間(Photon life time)TLは、強度が1/eとなるまでの反射回数と、レーザー光L2が共振器内を1往復するためにかかる時間との乗算で求められる。即ち、時間TLは、係数R’と、共振器に入射するレーザー光L21の周波数fMLLDとにより、以下に示す式4に基づき決定される。 In addition, the time (Ln) until the intensity of the laser beam L21 incident in the resonator becomes 1 / e (Photon life time) T L is the number of reflections until the intensity becomes 1 / e, and the laser beam L2 is the resonator. It is obtained by multiplying by the time required to make one round trip. That is, the time TL is determined based on the following equation (4) based on the coefficient R ′ and the frequency f MLLD of the laser light L21 incident on the resonator.
TL=1/2ln(1/R’)×(1/fMLLD)…(式4) T L = 1 / 2ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD ) (Expression 4)
ここで、ビルドアップの閾値に依存して決定される比例定数をkとした場合に、ビルドアップ期間Tbuildは、上記に示した式4と、当該比例定数kとにより、以下に示す(式5)に基づき決定される。 Here, when a proportional constant determined depending on the build-up threshold is k, the build-up period T build is expressed by the following equation (4) and the proportional constant k (formula 5).
Tbuild=k×1/2ln(1/R’)×(1/fMLLD)…(式5) T build = k × 1 / 2ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD ) (Formula 5)
なお、比例定数kは、例えば、ビルドアップの閾値を80[%]とした場合には、k=4.5となる。 The proportionality constant k is, for example, k = 4.5 when the build-up threshold is 80 [%].
ここで、共振器内におけるパルス数とビルドアップの関係について具体的な例を挙げて説明する。例えば、図6に示したグラフg71は、係数R’=0.93の場合における、共振器内における増幅率とパルス数との関係を示している。図6に示したグラフg71において、縦軸は増幅率を示しており、横軸は共振器内に入射したパルス数を示している。 Here, the relationship between the number of pulses in the resonator and the build-up will be described with a specific example. For example, a graph g71 shown in FIG. 6 shows the relationship between the amplification factor in the resonator and the number of pulses when the coefficient R ′ = 0.93. In the graph g71 shown in FIG. 6, the vertical axis represents the amplification factor, and the horizontal axis represents the number of pulses incident on the resonator.
例えば、図6に示す例では、共振器内に入射したパルス数が0〜50の間は、パルス数の増加に伴い増幅率は増大し、パルス数が50以降においては、増幅率は一定の値に収束していることがわかる。 For example, in the example shown in FIG. 6, when the number of pulses incident on the resonator is between 0 and 50, the amplification factor increases as the number of pulses increases, and when the number of pulses is 50 or more, the amplification factor is constant. It can be seen that the values have converged.
次に、フィネスFとビルドアップの関係について、具体的な例を挙げて説明する。例えば、図7に示すグラフg73は、ビルドアップ期間TbuildとフィネスFとの間の関係を示す測定結果の一例を示している。図7に示す例では、励起レーザー光L3の周波数fMLLD=850[MHz]とし、ビルドアップの閾値を80[%]として比例定数k=4.5に設定した。 Next, the relationship between finesse F and build-up will be described with a specific example. For example, a graph g73 illustrated in FIG. 7 illustrates an example of a measurement result indicating a relationship between the buildup period T build and the finesse F. In the example shown in FIG. 7, the frequency f MLLD of the excitation laser light L3 is set to 850 [MHz], the build-up threshold is set to 80 [%], and the proportionality constant k is set to 4.5.
図7にしめすように、上記に(式5)で示したビルドアップ期間Tbuildと、(式3)で示したフィネスFとは比例関係にある。このことから、ビルドアップ期間Tbuildは、フィネスFと周波数fMLLDとに基づく係数F/fMLLDと比例関係にあることがわかる。 As shown in FIG. 7, the build-up period T build shown in (Expression 5) and the finesse F shown in (Expression 3) are in a proportional relationship. From this, it can be seen that the build-up period T build is proportional to the coefficient F / f MLLD based on the finesse F and the frequency f MLLD .
図7に示す例において、励起レーザー光L3に対するフィネスF=43、励起レーザー光L3に対する係数R’=0.93とした場合に、当該励起レーザー光L3のビルドアップ時間TL3は、TL3=36[ns]となる。また、OPOレーザー光L4に対するフィネスF=150、OPOレーザー光L4に対する係数R’=0.98とした場合には、当該OPOレーザー光L4のビルドアップ時間TL4は、TL4=127[ns]となる。 In the example shown in FIG. 7, when the finesse F = 43 for the excitation laser beam L3 and the coefficient R ′ = 0.93 for the excitation laser beam L3, the build-up time T L3 of the excitation laser beam L3 is T L3 = 36 [ns]. When the finesse F for the OPO laser beam L4 is 150 and the coefficient R ′ for the OPO laser beam L4 is 0.98, the build-up time T L4 of the OPO laser beam L4 is T L4 = 127 [ns]. It becomes.
上記に示す結果から、図7に示す例におけるビルドアップ期間Tbuildは、Tbuild=TL3+TL4=163[ns]となる。 From the results shown above, the build-up period T build in the example shown in FIG. 7 is T build = T L3 + T L4 = 163 [ns].
以上、図7を参照しながら、ビルドアップ期間Tbuildの算出方法について説明した。 The calculation method of the buildup period T build has been described above with reference to FIG.
次に、図8を参照しながら、ビルドアップ期間Tbuildに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数fSOAの制限について説明する。図8は、ビルドアップ期間Tbuildに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数fSOAの制限について説明するための説明図である。 Next, the limitation on the frequency f SOA of intermittent emission of pulsed laser light based on the buildup period T build will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the limitation on the frequency f SOA of intermittent light emission of pulsed laser light based on the buildup period T build .
図8において、参照符号g75は、パルスレーザー光を出射するためにレーザー光源から出射されたレーザー光を間欠発光するためのSOA駆動パルスを示している。SOA駆動パルスg75は、例えば、図1において、光増幅器部(SOA部)131を駆動するSOAドライバ40に対して、同期信号生成部302から供給される周波数fSOAの駆動パルスに相当する
In FIG. 8, reference numeral g75 indicates an SOA drive pulse for intermittently emitting laser light emitted from a laser light source in order to emit pulsed laser light. The SOA drive pulse g75 corresponds to, for example, the drive pulse of the frequency f SOA supplied from the synchronization
SOA駆動パルスg75において、各パルスのオン状態の期間は、SOA駆動パルスg75のデューティー比をDutyとした場合に、1/fSOA*Dutyで示される。 In the SOA drive pulse g75, the ON period of each pulse is represented by 1 / f SOA * Duty when the duty ratio of the SOA drive pulse g75 is Duty.
また、参照符号g77は、共振器内におけるOPOレーザー光の光密度を模式的に示したものである。なお、OPO光密度g77の縦方向は、OPOレーザー光の強度を示している。また、参照符号Tbuildは、前述したビルドアップ期間を示しており、参照符号Teffは、共振器内においてOPO変換に有効な時間を示している。 Reference numeral g77 schematically shows the optical density of the OPO laser light in the resonator. The vertical direction of the OPO light density g77 indicates the intensity of the OPO laser light. Reference symbol T build indicates the build-up period described above, and reference symbol T eff indicates the time effective for OPO conversion in the resonator.
例えば、SOA駆動パルスg75のデューティー比を50%とした場合の、当該SOA駆動パルスg75の各パルスがオン状態となる期間をT50とした場合には、OPO変換に有効な時間Teff=T50−Tbuildとなる。このとき、時間Teff>0となる条件は、上述したTbuildを算出する式5により、以下に示す式6に基づき決定される。
For example, in the case where the duty ratio of the SOA driving pulses g75 to 50%, the duration of each pulse of the SOA drive pulses g75 is turned on in the case of the T 50 is a time effective OPO converter T eff = T 50 −T build . At this time, the condition for the time T eff > 0 is determined based on the equation 6 shown below by the
1/fSOA*Duty>Tbuild=k×1/2ln(1/R’)×(1/fMLLD)
…(式6)
1 / f SOA * Duty> T build = k × 1 / 2ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )
... (Formula 6)
なお、前述したように、比例定数kは、ビルドアップの閾値に依存して決定される比例定数であり、当該閾値が80[%]の場合には、比例定数k=4.5となる。 As described above, the proportionality constant k is a proportionality constant that is determined depending on the build-up threshold value. When the threshold value is 80 [%], the proportionality constant k = 4.5.
即ち、上記に示した式6に基づき、周波数fSOAは、ビルドアップ期間Tbuildによる制限から、以下に式7で示された条件に基づき設定される。なお、以下に示した式7が、「条件式2」に相当する。
That is, based on Equation 6 shown above, the frequency f SOA is set based on the condition shown in Equation 7 below, due to the limitation by the buildup period T build . Note that Expression 7 shown below corresponds to “
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(式7) f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Expression 7)
以上、図8を参照しながら、ビルドアップ期間Tbuildに基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数fSOAの制限について説明した。 As described above, the limitation on the frequency f SOA of intermittent emission of pulsed laser light based on the build-up period T build has been described with reference to FIG.
[4.4.誤差信号の生成に基づく制限]
次に、PDH法のように、共振器21からの反射光に基づき、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長と、当該励起レーザー光L3の共振条件を満たす光路長との間のずれを誤差信号として検出する場合の制限について、図9を参照しながら説明する。図9は、反射光の同期検波に係る周波数fMと、パルスレーザー光の間欠発光の周波数fSOAとの関係について説明するための説明図である。
[4.4. Limitation based on error signal generation]
Next, as in the PDH method, based on the reflected light from the
図9において、SOA駆動信号g11は、図3におけるSOA駆動信号g11を示しており、SOAドライバ40が光増幅器部(SOA部)131を間欠駆動するための駆動信号を示している。SOA駆動信号g11の周波数は前述の通りfSOAのため、当該SOA駆動信号g11の周期は1/fSOAとなる。このとき、SOA駆動信号g11のデューティー比をDutyとした場合には、当該SOA駆動信号g11がオン状態となる時間は、1/fSOA*Dutyとなる。
9, the SOA drive signal g11 indicates the SOA drive signal g11 in FIG. 3, and indicates a drive signal for the
また、図9において、MOPA出力L2は、図3におけるMOPA出力L2を示しており、光増幅器部(SOA部)131が、周波数fSOAのSOA駆動信号g11に基づき間欠駆動されることで、前述したMLLD出力L1が変調された変調信号を示している。 9, the MOPA output L2 indicates the MOPA output L2 in FIG. 3, and the optical amplifier unit (SOA unit) 131 is intermittently driven based on the SOA drive signal g11 having the frequency f SOA. The modulated signal obtained by modulating the MLLD output L1 is shown.
このMOPA出力L2を、周波数fSOAの信号に基づき同期検波する場合には、図9の右側に示すように、当該MOPA出力L2の発光時間中に(即ち、オン状態において)、周波数fSOAの信号が少なくとも1波含まれている必要がある。このことから、MOPA出力L2の発光時間、即ち、SOA駆動信号g11がオン状態となる時間1/fSOA*Dutyは、以下に式8で示された条件を満たす必要がある。
When synchronously detecting the MOPA output L2 based on the signal of the frequency f SOA , as shown on the right side of FIG. 9, during the light emission time of the MOPA output L2 (that is, in the ON state), the frequency of the SOA fL The signal must contain at least one wave. For this reason, the light emission time of the MOPA output L2, that is, the
1/fSOA*Duty≧1/fM…(式8) 1 / f SOA * Duty ≧ 1 / f M (Formula 8)
即ち、上記に式8で示された条件に基づき、共振器21からの反射光を同期検波するためには、周波数fMは、以下に式9で示された条件を満たす必要がある。なお、以下に示した式9が、「条件式3」に相当する。
That is, in order to synchronously detect the reflected light from the
fM≧fSOA/Duty…(式9) f M ≧ f SOA / Duty (Equation 9)
以上、図9を参照しながら、共振器21からの反射光に基づき、共振器21内における励起レーザー光L3の光路長と、当該励起レーザー光L3の共振条件を満たす光路長との間のずれを誤差信号として検出する場合における周波数fMの制限について説明した。
As described above, referring to FIG. 9, based on the reflected light from the
[4.5.まとめ]
以上、説明したように、本実施形態に係るレーザー光発生装置1の制御部30は、以下に示す(条件式1)〜(条件式3)を満たすように、周波数fM及び周波数fSOAを決定する。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
[4.5. Summary]
As described above, the
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
例えば、図10は、図7を参照しながら説明した条件に基づく、周波数fM及び周波数fSOAの設定例について示している。即ち、図10に示す例は、励起レーザー光L3の周波数fMLLD=850[MHz]とし、ビルドアップの閾値を80[%]として比例定数k=4.5に設定された場合を示している。また、励起レーザー光L3に対するフィネスF=43、励起レーザー光L3に対する係数R’=0.93、OPOレーザー光L4に対するフィネスF=150、OPOレーザー光L4に対する係数R’=0.98とした。なお、このときのビルドアップ期間Tbuildは、Tbuild=163[ns]となる。 For example, FIG. 10 shows a setting example of the frequency f M and the frequency f SOA based on the conditions described with reference to FIG. That is, the example shown in FIG. 10 shows a case where the frequency f MLLD of the excitation laser beam L3 is set to 850 [MHz], the build-up threshold is set to 80 [%], and the proportionality constant k is set to 4.5. . Also, finesse F = 43 for the excitation laser beam L3, coefficient R ′ = 0.93 for the excitation laser beam L3, finesse F = 150 for the OPO laser beam L4, and coefficient R ′ = 0.98 for the OPO laser beam L4. Note that the buildup period T build at this time is T build = 163 [ns].
SOA駆動パルスのデューティー比Duty=0.5とした場合には、当該デューティー比Dutyと、ビルドアップ期間Tbuild=163[ns]とにより、条件式2に基づき、fSOA<0.5/0.163[ns]=3.06[MHz]となる。
When the duty ratio Duty of the SOA drive pulse is set to 0.5, f SOA <0.5 / 0 based on the
また、周波数fSOAは、条件式1においてj=6となるため、当該条件式1に基づき、fSOA>fRS×6=60[kHz]となる。
In addition, since the frequency f SOA is j = 6 in the
また、周波数fMは、上記で求めた周波数fSOAの範囲に基づきfSOA=3[MHz]とした場合には、デューティー比Duty=0.5のため、条件式3に基づき、fM≧fSOA/Duty=3[MHz]/0.5=6[MHz]となる。なお、周波数fMの上限値については、規定はされていないが、共振器からの反射光を検出する光検出器の検出性能や、誤差信号を生成する混合器の演算性能により実質的に決定されることとなる。 Further, when f SOA = 3 [MHz] based on the range of the frequency f SOA obtained above, the frequency f M is set to f M ≧ based on the conditional expression 3 because the duty ratio is Duty = 0.5. f SOA / Duty = 3 [MHz] /0.5=6 [MHz]. Note that the upper limit of the frequency f M, although not defined, substantially determined detection performance and the photodetector for detecting reflected light from the resonator, the operation performance of the mixer for generating an error signal Will be.
<5.ハードウェア構成>
次に、図11を参照して、本実施形態に係るレーザー光発生装置1のハードウェア構成の一例について説明する。図11は、本実施形態に係るレーザー光発生装置1のハードウェア構成の一例を示した図である。
<5. Hardware configuration>
Next, an example of a hardware configuration of the
図11に示すように、本実施形態に係るレーザー光発生装置1は、プロセッサ901と、メモリ903と、ストレージ905と、光源ユニット907と、光学系ユニット909と、操作デバイス911と、表示デバイス913と、通信デバイス915と、バス917とを含む。
As shown in FIG. 11, the
プロセッサ901は、例えばCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)又はSoC(System on Chip)であってよく、レーザー光発生装置1の様々な処理を実行する。プロセッサ901は、例えば、各種演算処理を実行するための電子回路により構成することが可能である。なお、前述した制御部30は、プロセッサ901により構成され得る。
The
メモリ903は、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を含み、プロセッサ901により実行されるプログラム及びデータを記憶する。ストレージ905は、半導体メモリ又はハードディスクなどの記憶媒体を含み得る。
The
光源ユニット907は、パルスレーザー光L2を照射するためのユニットであり、前述した光源ユニット10に対応している。光源ユニット907は、出射される励起光の強度及び波長が、プロセッサ901により制御される。
The
光学系ユニット909は、光源ユニット907から出射されたパルスレーザー光L2を共振させるとともに、パルスレーザー光L2の波長を変換し、波長が変換されたOPOレーザー光L4を出力するためのユニットである。光学系ユニット909は、共振器21を含む波長変換光学系20に対応している。
The
操作デバイス911は、ユーザが所望の操作を行うための入力信号を生成する機能を有する。操作デバイス911は、例えばボタン及びスイッチなどユーザが情報を入力するための入力部と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、プロセッサ901に供給する入力制御回路などから構成されてよい。
The
表示デバイス913は、出力装置の一例であり、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)装置、有機EL(OLED:Organic Light Emitting Diode)ディスプレイ装置などの表示装置であってよい。表示デバイス913は、ユーザに対して画面を表示することにより情報を提供することができる。
The
通信デバイス915は、レーザー光発生装置1が備える通信手段であり、ネットワークを介して外部装置と通信する。通信デバイス915は、無線通信用のインタフェースであり、通信アンテナ、RF(Radio Frequency)回路、ベースバンドプロセッサなどを含んでもよい。
The
通信デバイス915は、外部装置から受信した信号に各種の信号処理を行う機能を有し、受信したアナログ信号から生成したデジタル信号をプロセッサ901に供給することが可能である。
The
バス917は、プロセッサ901、メモリ903、ストレージ905、光源ユニット907、光学系ユニット909、操作デバイス911、表示デバイス913、及び通信デバイス915を相互に接続する。バス917は、複数の種類のバスを含んでもよい。
The
また、コンピュータに内蔵されるCPU、ROM及びRAMなどのハードウェアを、上記したレーザー光発生装置1が有する構成と同等の機能を発揮させるためのプログラムも作成可能である。また、当該プログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体も提供され得る。
In addition, it is possible to create a program for causing hardware such as a CPU, ROM, and RAM incorporated in a computer to exhibit functions equivalent to the configuration of the laser
<6.まとめ>
以上、説明したように、本実施形態に係るレーザー光発生装置1の制御部30は、以下に示す(条件式1)〜(条件式3)を満たすように、周波数fM及び周波数fSOAを決定する。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
<6. Summary>
As described above, the
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
上記に条件式1で示された条件を満たすように周波数fSOAの下限値を設定することで、周波数fSOA、即ち、パルスレーザー光の間欠発光の帯域が、閉ループサーボ(即ち、共振器内の光路長のサーボ)の対象とする帯域との干渉を避けるように設定される。そのため、本実施形態に係るレーザー光発生装置1は、パルスレーザー光を励起レーザー光とする構成においても、共振器内の光路長のサーボを発振させることなく安定的に制御することが可能となる。
By setting the lower limit value of the frequency f SOA so as to satisfy the condition expressed by the
また、上記に条件式2で示された条件を満たすように周波数fSOAの上限値を設定することで、共振器21内にパルスレーザー光を励起レーザー光として入射させた場合においても、SOA駆動信号がオン状態となる時間よりもビルドアップ期間が短くなる。そのため、そのため、本実施形態に係るレーザー光発生装置1は、パルスレーザー光を励起レーザー光とする構成においても、OPO変換に有効な時間を確保し、OPOレーザー光を出射させることが可能となる。
Further, by setting the upper limit value of the frequency f SOA so as to satisfy the condition expressed by the
また、上記に条件式3で示された条件を満たすように周波数fMを設定することで、MOPA出力の発光時間中に(即ち、オン状態において)、周波数fSOAの信号が少なくとも1波含まれることとなる。そのため、本実施形態に係るレーザー光発生装置1は、パルスレーザー光を励起レーザー光とする構成においても、共振器からの反射光を同期検波して誤差信号を生成し、当該誤差信号に基づき共振器の光路長をサーボ制御することが可能となる。
In addition, by setting the frequency f M so as to satisfy the condition expressed by the conditional expression 3 above, at least one signal of the frequency f SOA is included during the light emission time of the MOPA output (that is, in the ON state). Will be. Therefore, even in the configuration in which the pulse laser beam is the excitation laser beam, the
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present disclosure have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the technical scope of the present disclosure is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field of the present disclosure can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that it belongs to the technical scope of the present disclosure.
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。 Further, the effects described in the present specification are merely illustrative or exemplary and are not limited. That is, the technology according to the present disclosure can exhibit other effects that are apparent to those skilled in the art from the description of the present specification in addition to or instead of the above effects.
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
レーザー光源から出射されるレーザー光を、間欠駆動によりパルスレーザー光として出射させる光源制御部と、
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するサーボ制御部と、
を備え、
前記サーボ制御部は、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定する、制御装置。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
(2)
前記カットオフ周波数fRSは、前記サーボ制御においてゲインが0dBとなる場合のカットオフ周波数である、前記(1)に記載の制御装置。
(3)
前記マージン値jは6である、前記(1)または(2)に記載の制御装置。
(4)
前記レーザー光源は、半導体レーザーであり、
前記光源制御部は、前記半導体レーザーから出射されたレーザー光を増幅変調する光変調部を間欠駆動させることで、当該レーザー光を前記パルスレーザー光として出射させる、前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の制御装置。
(5)
レーザー光源から出射されるレーザー光を、間欠駆動によりパルスレーザー光として出射させることと、
駆動部に、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させることと、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記共振条件を満たすように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御することと、
前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定的に動作させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定することと、を含む制御方法。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
(6)
コンピュータに、
レーザー光源から出射されるレーザー光を、間欠駆動によりパルスレーザー光として出射させるステップと、
駆動部に、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させるステップと、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記共振条件を満たすように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するステップと、
前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数frsと、前記サーボ制御を安定的に動作させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定するステップと、を実行させるプログラム。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
(7)
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光を間欠駆動によりパルスレーザー光を出射させる光源制御部と、
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器と、
前記共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するサーボ制御部と、
を備え、
前記サーボ制御部は、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定する、レーザー光発生装置。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
(8)
サンプルをレーザー光により照射し、サンプルからの光を観察する顕微鏡に用いられる顕微鏡用光源装置であって、
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光を間欠駆動によりパルスレーザー光を出射させる光源制御部と、
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器と、
前記共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するサーボ制御部と、
を備え、
前記サーボ制御部は、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定する、顕微鏡用光源装置。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
The following configurations also belong to the technical scope of the present disclosure.
(1)
A light source controller that emits laser light emitted from a laser light source as pulsed laser light by intermittent driving;
Reflecting at least one of the pair of reflecting portions in a resonator including at least a pair of reflecting portions and a nonlinear optical crystal, and resonating the incident pulse laser light to convert the wavelength of the pulse laser light. A drive unit for moving the unit in the direction of the optical axis;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. The servo control unit that servo-controls the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit, and
With
The servo control unit stabilizes the servo control, the frequency f SOA of the intermittent drive, the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the servo control. Margin value j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, and the frequency f of the laser light emitted from the laser light source A control device that determines based on the MLLD and the duty ratio Duty of the pulse laser beam so as to satisfy the conditions represented by the
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
(2)
The control device according to (1), wherein the cut-off frequency f RS is a cut-off frequency when a gain is 0 dB in the servo control.
(3)
The control device according to (1) or (2), wherein the margin value j is 6.
(4)
The laser light source is a semiconductor laser;
The light source control unit emits the laser light as the pulsed laser light by intermittently driving a light modulation unit that amplifies and modulates the laser light emitted from the semiconductor laser. (1) to (3) The control device according to any one of the above.
(5)
Emitting laser light emitted from a laser light source as pulsed laser light by intermittent driving;
The drive unit includes at least a pair of reflection units and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulse laser beam to resonate the wavelength of the pulse laser beam. Moving at least one reflection portion in the optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. Based on the above, by servo-controlling the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit so as to satisfy the resonance condition,
The intermittent drive frequency f SOA and the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the margin value for stably operating the servo control j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, a frequency f MLLD of the laser light emitted from the laser light source, A control method including determining based on the duty ratio Duty of the pulsed laser light so as to satisfy the conditions represented by
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
(6)
On the computer,
Emitting laser light emitted from a laser light source as pulsed laser light by intermittent driving;
The drive unit includes at least a pair of reflection units and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulse laser beam to resonate the wavelength of the pulse laser beam. Moving at least one reflection part in the optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. Based on the above, by servo-controlling the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit so as to satisfy the resonance condition;
The intermittent drive frequency f SOA and the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency frs of the frequency characteristic in the servo control, and the margin value j for stably operating the servo control A proportionality constant k determined based on a build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, a frequency f MLLD of laser light emitted from the laser light source, A program for executing a step of determining so as to satisfy the conditions represented by the
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
(7)
A laser light source that emits laser light;
A light source controller that emits pulsed laser light by intermittent driving of the laser light;
A resonator that includes at least a pair of reflecting portions and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulsed laser light to convert the wavelength of the pulsed laser light;
A drive unit that moves at least one of the pair of reflecting units in the resonator in an optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. The servo control unit that servo-controls the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit, and
With
The servo control unit stabilizes the servo control, the frequency f SOA of the intermittent drive, the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the servo control. Margin value j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, and the frequency f of the laser light emitted from the laser light source A laser light generator that is determined so as to satisfy the conditions represented by
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
(8)
A light source device for a microscope used for a microscope for irradiating a sample with a laser beam and observing light from the sample,
A laser light source that emits laser light;
A light source controller that emits pulsed laser light by intermittent driving of the laser light;
A resonator that includes at least a pair of reflecting portions and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulsed laser light to convert the wavelength of the pulsed laser light;
A drive unit that moves at least one of the pair of reflecting units in the resonator in an optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. The servo control unit that servo-controls the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit, and
With
The servo control unit stabilizes the servo control, the frequency f SOA of the intermittent drive, the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the servo control. Margin value j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, and the frequency f of the laser light emitted from the laser light source A light source device for a microscope, which is determined so as to satisfy the conditions represented by
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
1 レーザー光発生装置
10 光源ユニット
11 MLLD部
111 レーザー光源
113 レンズ
115 回折格子
121、127、129 レンズ
123 ミラー
125 アイソレーター
131 光増幅器部(SOA部)
20 波長変換光学系
21 共振器
201 インプットカプラー
203、205、207 ミラー
209 ダイクロイックミラー
211 アウトプットカプラー
213 非線形光学素子
215、217 ミラー
221、223 リレーレンズ
225、227 ミラー
30 制御部
31 加算器
301 発振器
302 同期信号生成部
303 アイソレーター
305 光検出器
307 バンドパスフィルタ
309 混合器
311 駆動信号生成部
313 サーボ制御ドライバ
40 SOCドライバ
DESCRIPTION OF
20 wavelength conversion
Claims (8)
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するサーボ制御部と、
を備え、
前記サーボ制御部は、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定する、制御装置。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3) A light source controller that emits laser light emitted from a laser light source as pulsed laser light by intermittent driving;
Reflecting at least one of the pair of reflecting portions in a resonator including at least a pair of reflecting portions and a nonlinear optical crystal, and resonating the incident pulse laser light to convert the wavelength of the pulse laser light. A drive unit for moving the unit in the direction of the optical axis;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. The servo control unit that servo-controls the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit, and
With
The servo control unit stabilizes the servo control, the frequency f SOA of the intermittent drive, the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the servo control. Margin value j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, and the frequency f of the laser light emitted from the laser light source A control device that determines based on the MLLD and the duty ratio Duty of the pulse laser beam so as to satisfy the conditions represented by the conditional expressions 1 to 3 below.
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
前記光源制御部は、前記半導体レーザーから出射されたレーザー光を増幅変調する光変調部を間欠駆動させることで、当該レーザー光を前記パルスレーザー光として出射させる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の制御装置。 The laser light source is a semiconductor laser;
The light source control unit emits the laser light as the pulsed laser light by intermittently driving a light modulation unit that amplifies and modulates the laser light emitted from the semiconductor laser. The control device according to item.
駆動部に、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させることと、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記共振条件を満たすように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御することと、
前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定的に動作させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定することと、を含む制御方法。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3) Emitting laser light emitted from a laser light source as pulsed laser light by intermittent driving;
The drive unit includes at least a pair of reflection units and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulse laser beam to resonate the wavelength of the pulse laser beam. Moving at least one reflection portion in the optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. Based on the above, by servo-controlling the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit so as to satisfy the resonance condition,
The intermittent drive frequency f SOA and the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the margin value for stably operating the servo control j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, a frequency f MLLD of the laser light emitted from the laser light source, A control method including determining based on the duty ratio Duty of the pulsed laser light so as to satisfy the conditions represented by conditional expressions 1 to 3 below.
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
レーザー光源から出射されるレーザー光を、間欠駆動によりパルスレーザー光として出射させるステップと、
駆動部に、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させるステップと、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記共振条件を満たすように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するステップと、
前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数frsと、前記サーボ制御を安定的に動作させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定するステップと、を実行させるプログラム。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3) On the computer,
Emitting laser light emitted from a laser light source as pulsed laser light by intermittent driving;
The drive unit includes at least a pair of reflection units and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulse laser beam to resonate the wavelength of the pulse laser beam. Moving at least one reflection part in the optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. Based on the above, by servo-controlling the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit so as to satisfy the resonance condition;
The intermittent drive frequency f SOA and the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency frs of the frequency characteristic in the servo control, and the margin value j for stably operating the servo control A proportionality constant k determined based on a build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, a frequency f MLLD of laser light emitted from the laser light source, A program for executing a step of determining so as to satisfy the conditions represented by the conditional expressions 1 to 3 below based on the duty ratio Duty of the pulse laser beam.
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
前記レーザー光を間欠駆動によりパルスレーザー光を出射させる光源制御部と、
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器と、
前記共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するサーボ制御部と、
を備え、
前記サーボ制御部は、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定する、レーザー光発生装置。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3) A laser light source that emits laser light;
A light source controller that emits pulsed laser light by intermittent driving of the laser light;
A resonator that includes at least a pair of reflecting portions and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulsed laser light to convert the wavelength of the pulsed laser light;
A drive unit that moves at least one of the pair of reflecting units in the resonator in an optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. The servo control unit that servo-controls the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit, and
With
The servo control unit stabilizes the servo control, the frequency f SOA of the intermittent drive, the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the servo control. Margin value j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, and the frequency f of the laser light emitted from the laser light source A laser light generator that is determined so as to satisfy the conditions represented by Conditional Expressions 1 to 3 below based on MLLD and the duty ratio Duty of the pulse laser light.
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光を間欠駆動によりパルスレーザー光を出射させる光源制御部と、
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射した前記パルスレーザー光を共振させることで、当該パルスレーザー光の波長を変換する共振器と、
前記共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
同期検波された前記共振器からの反射光に応じた、前記共振器の光路長と、当該共振器に入射した前記パルスレーザー光の共振条件を満たす前記光路長との間のずれを示す誤差信号に基づき、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長をサーボ制御するサーボ制御部と、
を備え、
前記サーボ制御部は、前記間欠駆動の周波数fSOAと、前記反射光の同期検波に係る周波数fMとを、前記サーボ制御における周波数特性のカットオフ周波数fRSと、前記サーボ制御を安定させるためのマージン値jと、ビルドアップの閾値に基づき決定される比例定数kと、前記一対の反射部の反射率に基づき決定される係数R’と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の周波数fMLLDと、前記パルスレーザー光のデューティー比Dutyとに基づき、以下に条件式1〜条件式3で示された条件を満たすように決定する、顕微鏡用光源装置。
fSOA>j×fRS…(条件式1)
fSOA<Duty/[k×1/ln(1/R’)×(1/fMLLD)]…(条件式2)
fM≧fSOA/Duty…(条件式3)
A light source device for a microscope used for a microscope for irradiating a sample with a laser beam and observing light from the sample,
A laser light source that emits laser light;
A light source controller that emits pulsed laser light by intermittent driving of the laser light;
A resonator that includes at least a pair of reflecting portions and a nonlinear optical crystal, and resonates the incident pulsed laser light to convert the wavelength of the pulsed laser light;
A drive unit that moves at least one of the pair of reflecting units in the resonator in an optical axis direction;
An error signal indicating a deviation between the optical path length of the resonator and the optical path length satisfying the resonance condition of the pulsed laser light incident on the resonator according to the reflected light from the resonator that has been synchronously detected. The servo control unit that servo-controls the optical path length of the resonator by moving the at least one reflection unit to the drive unit, and
With
The servo control unit stabilizes the servo control, the frequency f SOA of the intermittent drive, the frequency f M related to the synchronous detection of the reflected light, the cutoff frequency f RS of the frequency characteristic in the servo control, and the servo control. Margin value j, a proportionality constant k determined based on the build-up threshold, a coefficient R ′ determined based on the reflectance of the pair of reflecting portions, and the frequency f of the laser light emitted from the laser light source A light source device for a microscope, which is determined so as to satisfy the conditions represented by conditional expressions 1 to 3 below based on MLLD and the duty ratio Duty of the pulse laser beam.
f SOA > j × f RS (conditional expression 1)
f SOA <Duty / [k × 1 / ln (1 / R ′) × (1 / f MLLD )] (Condition 2)
f M ≧ f SOA / Duty ... ( condition 3)
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