JP2015143827A - control device, control method, and program - Google Patents

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務 丸山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel and improved control device capable of stably outputting a high-output pulse laser beam, a control method and a program.SOLUTION: The control device comprises: a light source control part that emits a pulse laser beam by intermittent driving; a drive part that moves a reflection part in a resonator; a servo control part that servo-controls an optical path length of the resonator based on an error signal in accordance with synchronously detected reflectance from the resonator. The servo control part determines a frequency fof the intermittent driving and a frequency frelated to synchronous detection of the reflectance so as to satisfy a condition indicated by f>j×f...(conditional expression 1), f<Duty/[k×1/ln(1/R')×(1/f)]...(conditional expression 2), and f≥f/Duty...(conditional expression 3), on the basis of a cutoff frequency f, a margin value j, a proportional constant k, a value R' based on a reflectance ratio of the reflection part, a frequency fof the laser beam, and a duty ratio Duty.

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, Patent Document 1 discloses an example of a laser beam generator using a resonator as described above. The laser light generating device according to Patent Document 1 is configured so that the position of a mirror constituting the resonator can be moved in the optical axis direction, and an error signal proportional to the deviation of the resonator length with respect to the incident laser light of the resonator. Based on this, the position of the mirror is servo controlled. By adopting such a configuration, in the laser light generation device according to Patent Document 1, the optical path length of the resonator is automatically controlled so that the incident laser light satisfies the condition of resonating in the resonator, and the resonator Resonant operation with respect to incident laser light is stabilized.

特開平６−５３５９３号公報JP-A-6-53593

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 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)

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 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)

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 conditional expressions 1 to 3 below is provided.
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.

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。It is the block diagram which showed an example of the schematic structure of the laser beam generator which concerns on embodiment of this indication. 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。It is a characteristic view which shows the state which raised the peak power of the laser by intermittent light emission. 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る。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the signals concerning servo control. サーボ制御の特性について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the characteristic of servo control. 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る。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation method of a buildup period. 共振器内における増幅率とパルス数との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the amplification factor in a resonator, and the number of pulses. ビルドアップ期間とフィネスとの間の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between a buildup period and finesse. ビルドアップ期間に基づくパルスレーザー光の間欠発光の周波数の制限について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the restriction | limiting of the frequency of the intermittent light emission of the pulsed laser beam based on a buildup period. 反射光の同期検波に係る周波数とパルスレーザー光の間欠発光の周波数との関係について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the frequency which concerns on the synchronous detection of reflected light, and the frequency of intermittent light emission of a pulse laser beam. 反射光の同期検波に係る周波数と間欠駆動に係る周波数の範囲について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the range of the frequency which concerns on the synchronous detection of reflected light, and the frequency which concerns on an intermittent drive. 本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置のハードウェア構成の一例を示した図である。It is a figure showing an example of hardware constitutions of a laser beam generator concerning an embodiment of this indication.

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 laser light generator 2. Advantages of intermittent light emission 3. Problems of laser beam generator according to this embodiment Details of control unit 4.1. Relationship between signals 4.2. Limitations based on servo control bandwidth 4.3. Limitation based on build-up period in resonator 4.4. Limitations based on error signal generation 4.5. Summary 5. Hardware configuration Summary

＜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 laser beam generator 1 according to this embodiment includes a light source unit 10, a wavelength conversion optical system 20, a control unit 30, an adder 31, an SOA (Semiconductor Optical Amplifier) driver 40, and the like. including.

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 light source unit 10 uses a pulse laser and has a MOPA (Master Locked Laser) (Mode Locked Laser Diode (hereinafter referred to as MLLD)) having a resonator and a semiconductor optical amplifier (SOA). Oscillator Power Amplifier) type light source.

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 light source unit 10 includes an MLLD (mode-locked laser) unit 11, lenses 121, 127 and 129, a mirror 123, an isolator 125, and an optical amplifier unit (SOA unit) 131. The MLLD unit 11 corresponds to a laser (MLLD) including a resonator.

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 light source unit 10 is controlled by the control unit 30. The control unit 30 includes an oscillator 301, a synchronization signal generation unit 302, an isolator 303, a photodetector 305, a bandpass filter 307, a mixer 309, a drive signal generation unit 311 and a servo control driver 313. Including. Hereinafter, the configuration of the light source unit 10 will be described together with the configurations of the oscillator 301 and the synchronization signal generation unit 302 in the configuration of the control unit 30. Other configurations of the control unit 30 will be described later separately.

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 oscillator 301 is supplied to the adder 31 and the synchronization signal generator 302.

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 signal generation unit 302 generates an SOA drive signal for intermittently driving the laser light emitted from the MLLD unit 11 so that the SOA driver 40 described later synchronizes with the signal of the frequency f M supplied from the oscillator 301. Generate. Hereinafter, the frequency at which the laser beam is intermittently driven, that is, the frequency of the drive signal may be referred to as fSOA . The synchronization signal generation unit 302 supplies the generated drive signal of the frequency f SOA to the SOA driver 40. The details of the SOA driver 40 and the drive signal supplied to the SOA driver 40 will be described later in “4.1. Relationship Between Signals”.

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 signal generation unit 302 is a sample and hold signal (hereinafter referred to as “S / H signal”) for the drive signal generation unit 311 to be described later to synchronously detect the reflected signal based on the reflected light from the resonator 21. it is called if there is) and is generated by modulating the signal of the frequency f M. At this time, the synchronization signal generation unit 302 generates the S / H signal so as to be synchronized with the frequency f SOA of the drive signal supplied to the SOA driver 40. The synchronization signal generation unit 302 supplies the generated S / H signal to the drive signal generation unit 311. The details of the drive signal generation unit 311 and the S / H signal supplied to the drive signal generation unit 311 will be described later in “4.1. Relationship Between Signals”.

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 adder 31, to the signal of the frequency f M which is supplied from the oscillator 301, by adding a direct current component (DC Current) having a predetermined output (amplitude), the signal of the frequency f M of the DC component is added The modulated signal is supplied to the MLLD unit 11.

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 MLLD unit 11 includes a laser light source 111, a lens 113, and a diffraction grating 115.

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 MLLD unit 11 according to the present embodiment, for example, a semiconductor laser is used as the laser light source 111.

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 diffraction grating 115 through the lens 113. A resonator (spatial resonator) is formed between the mirror on the rear end face of the laser light source 111 and the diffraction grating 115, and the frequency f MLLD of the laser light is determined by the optical path length Lc of the resonator. Specifically, the frequency f MLLD is determined as f MLLD = Lc / C based on the optical path length Lc in the MLLD unit 11 and the light velocity C.

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 oscillator 301 by the adder 31. The laser beam having the frequency f MLLD in the MLLD unit 11 is phase-modulated by the supplied modulation signal having the frequency f M.

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 diffraction grating 115 reflects a part of the incident laser light having a predetermined frequency (that is, the frequency f MLLD ) so as to be emitted to the outside of the MLLD unit 11 and directs the other part toward the laser light source 111. To reflect. In addition, the diffraction grating 115 reflects light having a different frequency from the frequency f MLLD toward the outside of the MLLD unit 11 and a direction different from the laser light source 111. With such a configuration, with light of a frequency f MLLD resonates inside the MLLD portion 11, and only light of the frequency f MLLD is emitted to the outside of the MLLD portion 11. If the above-described configuration can be realized, the diffraction grating 115 may be replaced with another configuration. As a specific example, instead of the diffraction grating 115, a configuration in which a bandpass filter (BPF) and a half mirror are combined may be provided. Further, hereinafter, the laser light emitted from the MLLD unit 11, that is, the laser light obtained by modulating the light with the frequency f MLLD by the modulation signal with the frequency f M may be referred to as “laser light L1”.

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 MLLD unit 11 is guided to the isolator 125 through the lens 121 and the mirror 123, passes through the isolator 125, and enters the optical amplifier unit (SOA unit) 131 through the lens 127. If the laser beam L1 emitted from the MLLD unit 11 can be guided to the optical amplifier unit (SOA unit) 131 via the isolator 125, the configuration of the optical system arranged in the optical path is a lens. Needless to say, it is not limited to 121 and the mirror 123.

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 isolator 125 is interposed between the MLLD unit 11 and the optical amplifier unit (SOA unit) 131, and transmits the laser light L1 from the MLLD unit 11 toward the optical amplifier unit (SOA unit) 131. Further, the isolator 125 blocks the reflected light (leakage light) from the optical amplifier unit (SOA unit) 131, thereby preventing the reflected light from entering the MLLD unit 11.

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 isolator 125.

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 MLLD unit 11 is amplified by the optical amplifier unit 131 because its power is relatively small.

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 optical amplifier 131 is a small and low-cost optical amplifier, and can be used as an optical gate and an optical switch for turning light on and off. In the present embodiment, the laser light L1 emitted from the MLLD unit 11 is modulated by turning on / off the optical amplifier unit 131.

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 optical amplifier unit 131 is controlled by the SOA driver 40. Specifically, the optical amplifier unit (SOA unit) 131 amplifies the laser beam L1 according to the magnitude of the control current (direct current) supplied from the SOA driver 40. Further, the optical amplifier unit 131 performs intermittent driving with a control current having a pulse waveform at the time of amplification, thereby turning on / off the laser light L1 at a predetermined period, thereby intermittent laser light, that is, pulse laser light. L2 is output.

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 SOA driver 40 intermittently drives the optical amplifier unit (SOA unit) 131 based on the SOA drive signal having the frequency f SOA supplied from the synchronization signal generation unit 302. That is, the optical amplifier unit (SOA unit) 131 modulates the laser beam L1 by turning on and off the laser beam L1 at the frequency f SOA , and outputs the modulated pulsed laser beam L2.

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 servo control driver 313 described later servo-controls the optical path length of the resonator 21. Details of the method for determining the frequency f SOA will be described later separately in “4. Details of Control Unit”.

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 isolator 303 of the control unit 30 described later through the lens 129, passes through the isolator 303, and enters the wavelength conversion optical system 20. To do.

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 optical system 20 will be described. The wavelength conversion optical system 20 includes a resonator 21, relay lenses 221 and 223, and mirrors 225 and 227.

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 light source unit 10 is incident on the inside of the resonator 21 from the input coupler 201 through an isolator 303 of the control unit 30 described later, relay lenses 221 and 223, and mirrors 225 and 227. . If the pulsed laser light L2 emitted from the light source unit 10 can be guided into the resonator 21 through the isolator 303, the configuration of the optical system disposed in the optical path is the relay lens 221. And 223 and the mirrors 225 and 227 are not limited.

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 resonator 21 is a so-called optical parametric oscillator (OPO), which resonates the pulse laser beam L2 from the light source unit 10 inside, converts the wavelength of the laser beam L2, and converts the wavelength. The pulsed laser beam L4 is output. The detailed configuration of the resonator 21 will be described below. Hereinafter, the pulse laser light incident on the resonator 21 may be referred to as “excitation laser light”, and the pulse laser light whose wavelength is converted and output from the resonator 21 may be referred to as “OPO laser light”. Further, when the excitation laser light resonating in the resonator 21 is distinguished from the pulse laser light L2 before entering the resonator 21, “excitation laser light L3” or “pulse laser light L3” is used. May be described.

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 resonator 21 includes an input coupler 201, mirrors 203, 205, and 207, a dichroic mirror 209, an output coupler 211, and a nonlinear optical element 213. The input coupler 201 and the output coupler 211 are generally partial reflectors (partial reflectors) having a transmittance of several percent.

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 optical element 213 is disposed between the mirror 203 and the mirror 205.

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 optical element 213 includes, for example, KTP (KTiOPO 4 ), LN (LiNbO 3 ), QPMLN (pseudo phase matching LN), BBO (β-BaB 2 O 4 ), LBO (LiB 3 O 4 ), KN (KNbO 3 ). ) Etc. are used.

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 optical element 213 converts the input laser light (that is, the excitation laser light L3) into two wavelengths. Then, at least one of the two converted wavelengths (for example, a long wavelength) laser light resonates in the resonator 21 as the OPO laser light L4, and is output from the output coupler 211 to the outside of the resonator 21. Will be output.

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 dichroic mirror 209 is disposed between the input coupler 201 and the mirror 203. Of the light reflected toward the input coupler 201 by the mirror 203, the dichroic mirror 209 transmits the excitation laser light L3 toward the input coupler 201 and reflects the OPO laser light L4 toward the output coupler 211. With such a configuration, the resonator 21 according to the present embodiment is guided through the resonator 21 through optical paths in which the excitation laser light L3 and the OPO laser light L4 are different. The details of the optical paths of the excitation laser light L3 and the OPO laser light L4 in the resonator 21 will be described below.

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 input coupler 201 passes through the dichroic mirror 209, reaches the mirror 207 via the mirror 203, the nonlinear optical element 213, and the mirror 205, and is reflected by the mirror 207. .

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 mirror 207 is guided to the dichroic mirror 209 through the mirror 205, the nonlinear optical element 213, and the mirror 203, passes through the dichroic mirror 209, and is guided to the input coupler 201. Is done.

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 input coupler 201 reflects a part of the guided excitation laser light L <b> 3 and emits the other part to the outside of the resonator 21. As described above, the excitation laser light L3 incident on the resonator 21 is repeatedly reflected between the input coupler 201 and the mirror 207. That is, the optical path between the input coupler 201 and the mirror 207 corresponds to the optical path length of the excitation laser light L3 in the resonator 21 (in other words, the resonator length), and the optical path length is the resonance of the excitation laser light L3. By adjusting according to the conditions, the excitation laser light L3 resonates in the resonator 21.

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 input coupler 201 to the outside of the resonator 21 is guided toward the photodetector 305 by the isolator 303 as reflected light from the resonator 21 and detected by the photodetector 305. Is done.

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 optical element 213, that is, the OPO laser light L4 reaches the mirror 207 via the mirror 205 and is reflected by the mirror 207.

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 mirror 207 is guided to the dichroic mirror 209 via the mirror 205, the nonlinear optical element 213, and the mirror 203, reflected by the dichroic mirror 209, and then output to the output coupler 211. Light is guided.

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 output coupler 211 reflects a part of the guided OPO laser light L4 and emits the other part to the outside of the resonator 21. As described above, the OPO laser light L 4 incident on the resonator 21 is repeatedly reflected between the output coupler 211 and the mirror 207. That is, the optical path between the output coupler 211 and the mirror 207 corresponds to the optical path length of the OPO laser light L4 in the resonator 21 (in other words, the resonator length), and the optical path length is the same as that of the OPO laser light L4. By adjusting according to the resonance condition, the OPO laser beam L4 resonates in the resonator 21.

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 resonator 21 will be described. In the resonator 21 according to the present embodiment, the mirror 207 is configured to be adjustable in position along the optical axis direction of the excitation laser light L3 and the OPO laser light L4 incident on the mirror 207. Similarly, the output coupler 211 is configured such that the position can be adjusted along the optical axis direction of the OPO laser light L4 incident on the output coupler 211.

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 mirror 207, and the optical path length of the OPO laser light L4 is adjusted by adjusting the position of the output coupler 211. Is adjusted. Therefore, for example, the position of the mirror 207 may be adjusted so as to satisfy the resonance condition of the excitation laser beam L3, and then the position of the output coupler 211 may be adjusted so as to satisfy the resonance condition of the OPO laser beam L4. . By adjusting the positions of the mirror 207 and the output coupler 211 in this order, the optical path length can be controlled so as to satisfy the resonance condition for each of the excitation laser light L3 and the OPO laser light L4.

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 mirror 207 and the output coupler 211 are adjusted by an actuator device such as an electromagnetic actuator (VCM: Voice Coil Motor) or a piezoelectric element configuration, for example. The operation of the actuator device for adjusting the positions of the mirror 207 and the output coupler 211 is controlled by a servo control driver 313 described later. An actuator device that controls the positions of the mirror 207 and the output coupler 211 corresponds to an example of a “drive unit”.

次に、制御部３０の各構成について説明する。   Next, each component of the control unit 30 will be described.

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 isolator 303 is interposed between the optical amplifier unit (SOA unit) 131 and the resonator 21, and transmits the pulsed laser light L <b> 2 output from the optical amplifier unit (SOA unit) 131 toward the resonator 21.

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 input coupler 201 of the resonator 21 and emitted to the outside of the resonator 21, that is, the reflected light from the resonator 21, is reflected by the mirrors 227 and 225 and the relay lens 223. And 221 and guided to the isolator 303. The isolator 303 reflects the reflected light from the resonator 21 toward the photodetector 305 disposed in a different direction from the optical amplifier unit (SOA unit) 131, so that the reflected light is reflected in the optical amplifier unit (SOA unit). Part) 131 is prevented from entering.

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 light detector 305 is composed of, for example, a PD (Photo Detector). The photodetector 305 detects the reflected light from the resonator 21 guided through the isolator 303. The photodetector 305 outputs the detection result of the reflected light from the resonator 21 to the bandpass filter 307 as a reflected signal.

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 band pass filter 307 passes a signal in a band corresponding to the excitation laser light L3 toward the mixer 309, and blocks signals other than the band. As a result, among the signals based on the detection result of the photodetector 305, the signal based on the reflected light from the resonator 21 (that is, the excitation laser light L 3 leaking from the resonator 21) passes through the bandpass filter 307. A signal that is input to the mixer 309 and is based on other light due to disturbance or the like is blocked by the bandpass filter 307.

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 mixer 309 generates an error signal by integrating the signal of the frequency f M supplied from the oscillator 301 and the reflected signal based on the reflected light from the resonator 21, and generates the error signal as a drive signal generating unit. 311 is output. The error signal generated at this time corresponds to an error signal in a so-called PDH (Pound-Drever-Hall) method, and the optical path length of the excitation laser light L3 in the resonator 21 and the resonance condition of the excitation laser light L3 are determined. The deviation from the optical path length to be filled is shown.

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 signal generation unit 311 includes a low-pass filter, a synchronous detection circuit, and a phase compensation unit. The error signal output from the mixer 309 is supplied with a high-frequency component (that is, noise) from the low-pass filter of the drive signal generation unit 311 and supplied to the synchronous detection circuit.

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 signal generation unit 302 to the synchronous detection circuit of the drive signal generation unit 311. The synchronous detection circuit synchronously detects the error signal from which noise has been removed by the low-pass filter based on the S / H signal supplied from the synchronous signal generation unit 302. Then, the synchronous detection circuit outputs an error signal synchronously detected based on the S / H signal (hereinafter, sometimes referred to as “S / H output”) to the phase compensation unit.

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 signal generation unit 311 compensates the phase of the S / H output supplied from the synchronous detection circuit, and supplies the S / H output whose phase is compensated to the servo control driver 313 as a drive signal.

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 servo control driver 313 adjusts the position of the mirror 207 by driving the actuator device based on the drive signal supplied from the drive signal generation unit 311. At this time, the drive signal is generated based on an error signal indicating a deviation between the optical path length of the excitation laser light L3 in the resonator 21 and the optical path length satisfying the resonance condition of the excitation laser light L3. Therefore, the servo control driver 313 controls the position of the mirror 207 based on the drive signal supplied from the drive signal generation unit 311, so that the optical path length of the excitation laser light L 3 in the resonator 21 is servo-controlled.

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 resonator 21 is controlled, that is, when the position of the mirror 207 varies, the optical path length of the OPO laser beam L4 in the resonator 21 also varies. Become. Therefore, when the servo control driver 313 controls the position of the mirror 207, the servo control driver 313 adjusts the position of the output coupler 211 according to the control amount of the position of the mirror 207, thereby adjusting the optical path length of the OPO laser light L4. Needless to say, it may be controlled together.

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 laser beam generator 1 according to the present embodiment has been described above with reference to FIG. The control unit 30 and the SOA driver 40 described above correspond to an example of a “control unit”. A configuration including the control unit 30 and the SOA driver 40 and an actuator device that controls the positions of the mirror 207 and the output coupler 211 corresponds to an example of a “control device”.

＜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 light generation apparatus 1 according to the present embodiment can be applied to, for example, a laser scanning microscope that scans a biological sample with laser light and observes light from the biological sample. In such observations that irradiate a biological sample with laser light, such as a laser scanning microscope, the average power of the laser must be reduced and the peak power increased to reduce damage to the object. Is effective.

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 light source unit 10 of the laser light generating apparatus 1 according to the present embodiment outputs intermittent laser light (pulse laser light L2) by intermittent operation of the optical amplifier part (SOA part) 131. Compared with the case where intermittent operation is not performed, the peak when light is emitted can be increased even though the average power is the same. Further, by performing intermittent operation, heat generation of the laser chip due to a high power load can be suppressed.

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 light generation device 1 according to the present embodiment is used as a light source for a fluorescence microscope called a two-photon excitation microscope, a laser is emitted by intermittent light emission. The characteristics when the peak power is increased will be described. Here, the fluorescence microscope refers to a microscope that scans a biological sample with laser light emitted from a light source and observes fluorescence from the biological sample. In addition, the two-photon excitation microscope uses a mechanism in which fluorescence is generated by two-photon excitation among the above-described fluorescence microscopes, that is, fluorescence is generated when the molecule is excited by the interaction between two photons and the molecule. Is.

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 light source unit 10.

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 signal generation unit 311 illustrated in FIG. 1). When the on / off duty ratio is 50% (1/2), the signal amplitude is ½. As a result, in the intermittent emission of two-photon excitation, the signal is twice that of continuous emission. Amplitude can be obtained. Furthermore, when only the signal in the on state is sampled by the drive signal generation unit 311 described above, the intermittent signal emission with two-photon excitation can obtain a signal amplitude four times that in the case of continuous light emission. Become.

＜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 resonator 21 by, for example, the PDH method, as in the laser light generation device 1 according to the present embodiment, it is a target of closed-loop servo. If a disturbance signal enters the band, it may be difficult to accurately detect the error signal.

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 laser light generator 1 according to the present embodiment stably outputs high-power pal laser light in a configuration in which the pulse laser light emitted from the light source unit 10 is resonated in the resonator 21. The purpose is to control the optical path length of the resonator 21. Specifically, the laser light generator 1 uses the frequency f M supplied from the oscillator 301 and the pulse laser so that the intermittent emission band of the pulsed laser light avoids interference with the band targeted for closed loop servo. The frequency f SOA of intermittent light emission is determined.

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 control unit 30 in the laser light generation device 1 according to the present embodiment will be described by focusing on a method for determining the frequency f M and the frequency f SOA .

＜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 control unit 30, first, refer to FIG. 3 for the relationship between signals related to servo control in the laser light generator 1 according to the present embodiment. While explaining. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between signals related to servo control, and is a schematic time chart showing the relationship between signals.

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 MLLD unit 11 described with reference to FIG. 1 (that is, the light in which the light with the frequency f MLLD is modulated by the modulation signal with the frequency f M ). Show. For example, when the frequency f M of the modulation signal supplied from the oscillator 301 is 10 [MHz], the MLLD output L1 has a modulation period of 0.1 [μs].

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 SOA driver 40 to intermittently drive the optical amplifier unit (SOA unit) 131. As described above, the SOA drive signal g11 is generated by the synchronization signal generation unit 302 so as to be synchronized with the signal of the frequency f M supplied from the oscillator 301. In the example shown in FIG. 3, the frequency f SOA of the SOA drive signal g11 is set to f SOA = 100 [kHz], and the period of the SOA drive signal g11 in this case is 5 [μs].

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 light source unit 10 described with reference to FIG. The wave number of the component of the MLLD output L1 in the ON state of the MOPA output L2 is 50 [wobble] from the cycle 0.1 [μs] of the MLLD output L1 and the cycle 5 [μs] of the SOA drive signal g11. Become.

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 resonator 21 based on the MOPA output L2 incident on the resonator 21, and indicates the excitation laser beam L3 described with reference to FIG. .

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 resonator 21, resonance occurs when the MOPA output L2 is turned on, and no resonance occurs when the MOPA output L2 is turned off. Further, when the MOPA output L2 transitions from the off state to the on state, the pump laser light L3 does not immediately transition to the resonating state but immediately transitions to the resonance state (hereinafter referred to as “build-up period”). T build is required.

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 resonator 21 is servo-controlled by the PDH method or the like, the MOPA output L2 indicated by reference numeral g21 is in an ON state and after build-up is completed (build-up period The excitation laser light L3 in the period of (after T build has elapsed) is effective as an error signal.

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 resonator 21 and the optical path length satisfying the resonance condition of the excitation laser light L3. It is difficult to estimate.

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 mixer 309 in FIG. 1, that is, the signal of the frequency f M supplied from the oscillator 301 and the reflected signal based on the reflected light from the resonator 21. The error signal produced | generated by this is shown. The error signal g31 corresponds to the period g21, and the error signal g33 corresponds to the period g23.

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 signal generation unit 302 generates an S / H signal g41 by modulating a signal of the frequency f M supplied from the oscillator 301 so as to be synchronized with the timing g21, and drives the generated S / H signal g41. This is supplied to the signal generator 311. The build-up period T build is proportional to Finesse indicating the sharpness of resonance in the resonator, and is based on the reflectance of the input coupler 201 and the mirror 207 of the resonator 21 and the frequency of the excitation laser light L3. It is possible to calculate in advance. The details of the build-up period T build will be separately described later in “4.3. Restrictions based on build-up in the resonator”.

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 signal generation unit 302 by the drive signal generation unit 311 described with reference to FIG. The generated signal is shown.

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 signal generation unit 311 compensates the phase of the S / H output g51 and supplies the S / H output g51 whose phase has been compensated to the servo control driver 313 as a drive signal. Accordingly, the servo control driver 313 turns on / off the excitation laser light L3 in the resonator 21 based on the drive signal (that is, the S / H output g51 whose phase is compensated) supplied from the drive signal generation unit 311. In synchronization with this, the optical path length of the resonator 21 can be servo-controlled.

［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 mirror 207 in the laser beam generator 1 according to the present embodiment. The vertical axis of the gain characteristic g61 indicates gain (Gain) [dB], and the horizontal axis indicates frequency f [Hz].

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 mirror 207 in the laser beam generator 1 according to the present embodiment. The vertical axis of the phase characteristic g63 indicates the phase (Phase) [°], and the horizontal axis indicates the frequency f [Hz]. The horizontal axis of the gain characteristic g61 and the horizontal axis of the phase characteristic g63 are common. Reference numeral g65 indicates the characteristic of the phase compensation unit of the drive signal generation unit 311, and it can be seen that the gain characteristic g63 is compensated by the characteristic of the phase compensation unit.

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 resonator 21. Furthermore, generally actuator so follow up the vibration of the cutoff frequency f RS, used as a numerical cutoff frequency f RS represents servo control performance.

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 phase compensator 1/3, the phase lag frequency of the cut-off frequency f RS It is known to be 3 times or more. Therefore, to accurately restore the characteristics of the phase compensator is desirably is accurately restored to the phase lag frequency than this frequency f M and frequency f SOA is desirably at least twice the phase delay frequency.

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 following equation 1. From this result, it is desirable that the relationship between the frequency f M, the frequency f SOA, and the cut-off frequency f RS is as shown in the following Expression 2. Note that Expression 2 shown below corresponds to “Conditional Expression 1”. The constant j corresponds to an example of “margin value j” for stabilizing servo control.

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 resonator 21 and the limitation on the frequency f SOA of intermittent emission of the pulsed laser beam based on the build-up period T build will be described. To do.

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。   Reference numerals 215 and 217 indicate mirrors constituting the resonator. In the example shown in FIG. 5, the reflectance of the mirror 215 is R1, and the reflection amplitude based on the reflectance R1 is r1. Similarly, the reflectance of the mirror 217 is R2, and the reflection amplitude based on the reflectance R2 is r2.

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 mirrors 215 and 217 may be designed to have different reflectances for the excitation laser light L31 and the OPO laser light L41, respectively. For example, the reflectivities of the mirrors 215 and 217 with respect to the excitation laser light L31 and the OPO laser light L41 are designed so as to satisfy a predetermined Finesse F condition for each of the excitation laser light L31 and the OPO laser light L41. Is done.

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 signal generation unit 302 to the SOA driver 40 that drives the optical amplifier unit (SOA unit) 131 in FIG.

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 equation 5 for calculating the T build described above.

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 “Conditional Expression 2”.

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 resonator 21, the deviation between the optical path length of the excitation laser light L3 in the resonator 21 and the optical path length satisfying the resonance condition of the excitation laser light L3. The limitation when detecting the error signal as an error signal will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the frequency f M related to synchronous detection of reflected light and the frequency f SOA of intermittent light emission of pulsed laser light.

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 SOA driver 40 to intermittently drive the optical amplifier unit (SOA unit) 131. Since the frequency of the SOA drive signal g11 is f SOA as described above, the period of the SOA drive signal g11 is 1 / f SOA . At this time, when the duty ratio of the SOA drive signal g11 is set to Duty, the time during which the SOA drive signal g11 is turned on is 1 / f SOA * Duty.

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 time 1 / f SOA * Duty when the SOA drive signal g11 is in the on state needs to satisfy the condition expressed by Equation 8 below.

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 resonator 21 based on the condition shown in Expression 8 above, the frequency f M needs to satisfy the condition shown in Expression 9 below. Note that the following Expression 9 corresponds to “Conditional Expression 3”.

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 resonator 21, the deviation between the optical path length of the excitation laser light L3 in the resonator 21 and the optical path length satisfying the resonance condition of the excitation laser light L3. A description has been given of the limitation of the frequency f M in the case where is detected as an error signal.

［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 control unit 30 of the laser light generation device 1 according to the present embodiment sets the frequency f M and the frequency f SOA so as to satisfy the following (conditional expression 1) to (conditional expression 3). decide.
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 conditional expression 2 based on the duty ratio Duty and the build-up period T build = 163 [ns]. .163 [ns] = 3.06 [MHz].

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 conditional expression 1, based on the conditional expression 1, f SOA > f RS × 6 = 60 [kHz].

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 laser beam generator 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the laser beam generator 1 according to the present embodiment.

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 laser light generator 1 according to the present embodiment includes a processor 901, a memory 903, a storage 905, a light source unit 907, an optical system unit 909, an operation device 911, and a display device 913. A communication device 915 and a bus 917.

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 processor 901 may be, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or a SoC (System on Chip), and executes various processes of the laser light generator 1. The processor 901 can be configured by, for example, an electronic circuit for executing various arithmetic processes. Note that the control unit 30 described above can be configured by the processor 901.

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 memory 903 includes a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), and stores programs and data executed by the processor 901. The storage 905 can include a storage medium such as a semiconductor memory or a hard disk.

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 light source unit 907 is a unit for irradiating the pulsed laser light L2, and corresponds to the light source unit 10 described above. In the light source unit 907, the processor 901 controls the intensity and wavelength of the emitted excitation light.

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 optical system unit 909 is a unit for resonating the pulse laser light L2 emitted from the light source unit 907, converting the wavelength of the pulse laser light L2, and outputting the OPO laser light L4 having the converted wavelength. The optical system unit 909 corresponds to the wavelength conversion optical system 20 including the resonator 21.

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 operation device 911 has a function of generating an input signal for a user to perform a desired operation. The operation device 911 may include an input unit for a user to input information, such as buttons and switches, and an input control circuit that generates an input signal based on an input by the user and supplies the input signal to the processor 901.

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 display device 913 is an example of an output device, and may be a display device such as a liquid crystal display (LCD) device or an organic light emitting diode (OLED) display device. The display device 913 can provide information by displaying a screen to the user.

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 communication device 915 is a communication unit included in the laser light generator 1 and communicates with an external device via a network. The communication device 915 is an interface for wireless communication, and may include a communication antenna, an RF (Radio Frequency) circuit, a baseband processor, and the like.

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 communication device 915 has a function of performing various signal processing on a signal received from an external device, and can supply a digital signal generated from the received analog signal to the processor 901.

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 bus 917 connects the processor 901, the memory 903, the storage 905, the light source unit 907, the optical system unit 909, the operation device 911, the display device 913, and the communication device 915 to each other. The bus 917 may include a plurality of types of buses.

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 light generating apparatus 1 described above. A computer-readable storage medium that records the program can also be provided.

＜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 control unit 30 of the laser light generation device 1 according to the present embodiment sets the frequency f M and the frequency f SOA so as to satisfy the following (conditional expression 1) to (conditional expression 3). decide.
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 conditional expression 1 above, the frequency f SOA , that is, the intermittent emission band of the pulsed laser beam, is changed to a closed loop servo (that is, in the resonator). It is set so as to avoid interference with the target band of the optical path length servo). Therefore, the laser beam generator 1 according to the present embodiment can stably control without oscillating the servo of the optical path length in the resonator even in the configuration in which the pulsed laser beam is the excitation laser beam. .

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 conditional expression 2 above, even when the pulse laser beam is made incident as the excitation laser beam into the resonator 21, the SOA drive is performed. The build-up period is shorter than the time when the signal is turned on. Therefore, the laser light generator 1 according to the present embodiment can ensure an effective time for OPO conversion and emit the OPO laser light even in the configuration in which the pulse laser light is the excitation laser light. .

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 laser beam generator 1 according to the present embodiment generates an error signal by synchronously detecting the reflected light from the resonator, and resonates based on the error signal. It is possible to servo-control the optical path length of the instrument.

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 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)
(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 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)
(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 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)
(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 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)
(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 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)

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 SYMBOLS 1 Laser beam generator 10 Light source unit 11 MLLD part 111 Laser light source 113 Lens 115 Diffraction grating 121, 127, 129 Lens 123 Mirror 125 Isolator 131 Optical amplifier part (SOA part)
20 wavelength conversion optical system 21 resonator 201 input coupler 203, 205, 207 mirror 209 dichroic mirror 211 output coupler 213 nonlinear optical element 215, 217 mirror 221, 223 relay lens 225, 227 mirror 30 control unit 31 adder 301 oscillator 302 Synchronous signal generation unit 303 Isolator 305 Optical detector 307 Band pass filter 309 Mixer 311 Drive signal generation unit 313 Servo control driver 40 SOC driver

Claims (8)

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） 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、請求項１に記載の制御装置。 The control device according to claim 1, wherein the cut-off frequency fRS is a cut-off frequency when a gain is 0 dB in the servo control. 前記マージン値ｊは６である、請求項１または２に記載の制御装置。   The control device according to claim 1, wherein the margin value j is six. 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、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. 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） 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) 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） 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) 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） 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) 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）

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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