JP2016184651A - Control device, control method and laser beam generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、レーザー光発生装置、その光源の共振器長を制御する制御装置および制御方法に関する。 The present technology relates to a laser light generation device, a control device that controls the resonator length of the light source, and a control method.
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.
レーザー光発生装置において、光源がパルスレーザー光を発生する場合、外部共振器を利用してレーザー光を出力する技術がある。このようなパルスレーザー光を用いる技術では、できるだけ高い強度を有するレーザー光を出力し、また、それを実現するための共振器長の調整を確実に行うことが要求される。 In a laser beam generator, when a light source generates pulsed laser beam, there is a technique for outputting laser beam using an external resonator. In such a technique using pulsed laser light, it is required to output laser light having as high an intensity as possible and to reliably adjust the resonator length for realizing the laser light.
本技術の目的は、高い強度を有するレーザー光を出力することができる共振器長の調整を確実に行うことができるレーザー光発生装置、これに用いられる制御装置および制御方法を提供することにある。 An object of the present technology is to provide a laser beam generator capable of reliably adjusting a resonator length capable of outputting a laser beam having high intensity, and a control device and a control method used therefor. .
上記目的を達成するため、本技術に係る制御装置は、光源部と、共振器部と、駆動部と、検出器とを備えるレーザー光発生装置の制御装置であって、誤差信号生成部と、制御部とを具備する。
前記光源部は、パルスレーザー光を発生する。
前記共振器部は、前記パルスレーザー光を共振させる。
前記駆動部は、前記共振器部の共振器長を変位させる。
前記検出器は、前記共振器部からの反射光を検出する。
前記誤差信号生成部は、前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成するように構成される。
前記制御部は、サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値をサーチするように構成される。また、前記制御部は、前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御を実行するように構成される。
このように、検出器の検出信号の適切値がサーチされ、その適切値に対応するサーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、サーボ制御が実行される。したがって、この制御装置は、確実に共振器長の調整を行うことができ、かつ、高い強度を有するレーザー光を出力することができる。
In order to achieve the above object, a control device according to the present technology is a control device for a laser light generation device including a light source unit, a resonator unit, a drive unit, and a detector, and an error signal generation unit And a control unit.
The light source unit generates pulsed laser light.
The resonator unit resonates the pulse laser beam.
The drive unit displaces the resonator length of the resonator unit.
The detector detects reflected light from the resonator unit.
The error signal generation unit is configured to generate an error signal indicating an error in the resonator length from the resonance condition based on a detection signal from the detector.
The control unit is configured to search for an appropriate value of the detection signal that satisfies a resonance condition by the resonator unit by generating a search signal and inputting the search signal to the driving unit. The control unit is configured to execute servo control based on the error signal in a state where a bias value of the search signal corresponding to the appropriate value is input to the drive unit.
As described above, the appropriate value of the detection signal of the detector is searched, and the servo control is executed in a state where the bias value of the search signal corresponding to the appropriate value is input to the drive unit. Therefore, this control device can reliably adjust the resonator length and can output laser light having high intensity.
前記制御部は、前記サーチ信号の振幅より小さい振幅を有するサーボ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記サーボ制御を実行するように構成されていてもよい。 The control unit may be configured to execute the servo control by generating a servo signal having an amplitude smaller than that of the search signal and inputting the servo signal to the drive unit.
前記制御部は、前記検出信号が閾値を超えたと判定した場合、前記サーボ制御を解除するように構成され、その解除後、前記適切値に対応する前記バイアス値を前記駆動部に入力して前記サーボ制御を実行するように構成されていてもよい。
これにより、レーザー光発生装置に衝撃等が加わえられた場合等、検出信号が閾値を超えた場合には、制御部は、一旦、サーボ制御を解除し、再度、適切値のサーチおよびサーボ制御を実行することができる。
The control unit is configured to cancel the servo control when it is determined that the detection signal exceeds a threshold, and after the cancellation, the bias value corresponding to the appropriate value is input to the driving unit and the control unit is configured to cancel the servo control. You may be comprised so that servo control may be performed.
As a result, when the detection signal exceeds a threshold value, such as when an impact is applied to the laser beam generator, the control unit once cancels servo control, searches for an appropriate value, and performs servo control again. Can be executed.
前記光源部は、第１共振器を有していてもよい。前記共振器部は、前記第１共振器から出力された前記パルスレーザー光が入力される第２共振器と、前記パルスレーザー光の波長を変換可能な非線形光学素子とを有し、前記波長変換されて前記第２共振器から出力される光を出力光として出力してもよい。
すなわち、第１共振部は光源からの光を共振させる外部共振器として機能する。また、第２共振器からの出力光とは別の光である、共振器部からの反射光（漏れ光）が検出器で検出される。
The light source unit may include a first resonator. The resonator unit includes a second resonator to which the pulse laser beam output from the first resonator is input, and a nonlinear optical element capable of converting the wavelength of the pulse laser beam, and the wavelength conversion Then, the light output from the second resonator may be output as output light.
In other words, the first resonating unit functions as an external resonator that resonates light from the light source. Further, reflected light (leakage light) from the resonator unit, which is light different from the output light from the second resonator, is detected by the detector.
本技術に係るレーザー光発生装置は、上記した光源部、共振器部、駆動部、検出器、および制御装置を備える。 The laser beam generator according to the present technology includes the above-described light source unit, resonator unit, driving unit, detector, and control device.
本技術に係るレーザー光発生装置の制御方法は、上記レーザー光発生装置の制御方法であって、前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成することを含む。
サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値がサーチされる。
前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御が実行される。
A control method of a laser beam generator according to the present technology is a control method of the laser beam generator, and an error signal indicating an error of the resonator length from the resonance condition is generated based on a detection signal by the detector. Including generating.
By generating a search signal and inputting it to the drive unit, an appropriate value of the detection signal that satisfies the resonance condition by the resonator unit is searched.
Servo control is executed based on the error signal in a state where the bias value of the search signal corresponding to the appropriate value is input to the drive unit.
以上、本技術によれば、高い強度を有するレーザー光を出力することができる共振器長の調整を確実に行うことができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
As described above, according to the present technology, the resonator length capable of outputting laser light having high intensity can be reliably adjusted.
Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure.
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present technology will be described with reference to the drawings.
１．レーザー光発生装置 1. Laser light generator
１．１）レーザー光発生装置の構成 1.1) Configuration of laser light generator
図１は、本技術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。 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 technology.
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、発振器１１と、光源部５０と、ミラー５０１および５０３と、共振器部２０と、アイソレーター４０と、光検出器４１と、駆動部３０と、制御部１０とを含む。 As shown in FIG. 1, a laser beam generator 1 according to this embodiment includes an oscillator 11, a light source unit 50, mirrors 501 and 503, a resonator unit 20, an isolator 40, a photodetector 41, The drive part 30 and the control part 10 are included.
光源部５０は、ＭＬＬＤ（Mode Locked Laser Diode）部５６、アイソレーター５２、光増幅器５４、およびドライバ５３を含む。 The light source unit 50 includes an MLLD (Mode Locked Laser Diode) unit 56, an isolator 52, an optical amplifier 54, and a driver 53.
ＭＬＬＤ部５６は、ＬＤ（レーザーダイオード）５６２および回折格子５６４を含む。ＬＤ５６２は、例えば縦マルチモードによる発振を行うＬＤが用いられる。ＬＤ５６２と回折格子５６４との間に図示しないレンズ系が設けられる場合もある。 The MLLD unit 56 includes an LD (laser diode) 562 and a diffraction grating 564. As the LD 562, for example, an LD that performs oscillation in the vertical multimode is used. A lens system (not shown) may be provided between the LD 562 and the diffraction grating 564.
ＭＬＬＤ部５６では、ＬＤ５６２が持つ後端面ミラーと回折格子５６４との間に共振器（空間共振器（第１共振器））が構成される。この共振器の光路長Ｌｃにより当該レーザー光の周波数が決定される。すなわち、この共振器は外部共振器として機能する。 In the MLLD unit 56, a resonator (spatial resonator (first resonator)) is configured between the rear end face mirror of the LD 562 and the diffraction grating 564. The frequency of the laser light is determined by the optical path length Lc of the resonator. That is, this resonator functions as an external resonator.
アイソレーター５２は、ＭＬＬＤ部５６と光増幅器５４との間に設けられ、ＭＬＬＤ部５６からのレーザー光を光増幅器５４に向けて透過させる。また、アイソレーター５２は、光増幅器５４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５６に入射すことを防止している。 The isolator 52 is provided between the MLLD unit 56 and the optical amplifier 54 and transmits the laser light from the MLLD unit 56 toward the optical amplifier 54. The isolator 52 blocks the reflected light (leakage light) from the optical amplifier 54 to prevent the reflected light from entering the MLLD unit 56.
光増幅器５４は、光パワーを増幅する機能を有する。また、この光増幅器５４は、例えばＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）で構成される。 The optical amplifier 54 has a function of amplifying optical power. The optical amplifier 54 is composed of, for example, an SOA (Semiconductor Optical Amplifier).
ドライバ５３は、光増幅器５４を駆動する機能を有する。具体的には、ドライバ５３は、発振器１１から供給される所定周波数（例えば１０MHz）の変調信号を受け、その周波数を持つ駆動信号を光増幅器５４に入力することで、光増幅器５４をその周波数で間欠駆動する。これにより、光増幅器５４は、その周波数を持つパルスレーザー光（レーザー光Ｌ１）を外部に出力する。 The driver 53 has a function of driving the optical amplifier 54. Specifically, the driver 53 receives a modulation signal of a predetermined frequency (for example, 10 MHz) supplied from the oscillator 11 and inputs a drive signal having the frequency to the optical amplifier 54, thereby causing the optical amplifier 54 to operate at the frequency. Drive intermittently. Thereby, the optical amplifier 54 outputs the pulse laser beam (laser beam L1) having the frequency to the outside.
ＭＬＬＤ部５６およびＳＯＡ型の光増幅器５４により、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型の光源が構成される。 The MLLD unit 56 and the SOA type optical amplifier 54 constitute a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type light source.
光源部５０の構成は、あくまで一例であり、上記に示した構成には必ずしも限定されない。例えば、光源部５０は、ＭＬＬＤ部５６や光増幅器５４を備えず、例えば半導体レーザーおよび位相変調器を有し、位相変調器がドライバにより間欠駆動されることで、パルスレーザー光が生成されてもよい。 The configuration of the light source unit 50 is merely an example, and is not necessarily limited to the configuration described above. For example, the light source unit 50 does not include the MLLD unit 56 or the optical amplifier 54, and includes, for example, a semiconductor laser and a phase modulator. Even if pulse laser light is generated by intermittently driving the phase modulator by a driver. Good.
光源部５０から出射されたレーザー光Ｌ１は、ミラー５０１および５０３を経てアイソレーター４０に導光され、アイソレーター４０を透過し、インプットカプラー２０１から共振器部２０の内部に入射する。なお、光源部５０から出射されたレーザー光Ｌ１を、アイソレーター４０を経て共振器部２０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、ミラー５０１および５０３には限定されないことは言うまでもない。 The laser light L1 emitted from the light source unit 50 is guided to the isolator 40 through the mirrors 501 and 503, passes through the isolator 40, and enters the resonator unit 20 from the input coupler 201. If the laser light L1 emitted from the light source unit 50 can be guided to the inside of the resonator unit 20 through the isolator 40, the configuration of the optical system arranged in the optical path is the mirror 501 and Needless to say, it is not limited to 503.
アイソレーター４０は、光源部５０と共振器部２０との間に介在し、光源部５０からのレーザー光Ｌ１を共振器部２０に向けて透過させる。また、アイソレーター４０は、共振器部２０からの反射光（漏れ光）Ｌ３を、光源部５０とは異なる方向に配置された光検出器４１に向けて反射させることで、当該反射光Ｌ３が光源部５０に入射することを防止している。 The isolator 40 is interposed between the light source unit 50 and the resonator unit 20, and transmits the laser light L <b> 1 from the light source unit 50 toward the resonator unit 20. The isolator 40 reflects the reflected light (leakage light) L3 from the resonator unit 20 toward the photodetector 41 arranged in a direction different from the light source unit 50, so that the reflected light L3 is a light source. It is prevented from entering the portion 50.
光検出器４１は、例えばＰＤ（Photo Diode）からなる。光検出器４１は、アイソレーター４０を経て導光された共振器部２０からの反射光Ｌ３を検出する。なお、光検出器４１により検出された反射光Ｌ３は、後述する制御部１０により同期検波される。 The photodetector 41 is made of, for example, a PD (Photo Diode). The photodetector 41 detects the reflected light L3 from the resonator unit 20 guided through the isolator 40. The reflected light L3 detected by the photodetector 41 is synchronously detected by the control unit 10 described later.
第２共振器として機能する共振器部２０は、いわゆる、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ：Optical Parametric Oscillator）であり、光源部５０からのレーザー光Ｌ１を内部で共振させるとともに、当該レーザー光Ｌ１の波長を変換し、波長が変換されたレーザー光Ｌ２を出力光として出力する。以下に、共振器部２０の詳細な構成について説明する。なお、以降では、共振器部２０に入射するレーザー光Ｌ１を「励起レーザー光」と呼び、波長が変換されて共振器部２０から出力されるレーザー光を「ＯＰＯレーザー光」と呼ぶ場合がある。 The resonator unit 20 functioning as the second resonator is a so-called optical parametric oscillator (OPO), which resonates the laser beam L1 from the light source unit 50 and changes the wavelength of the laser beam L1. The laser beam L2 converted and converted in wavelength is output as output light. The detailed configuration of the resonator unit 20 will be described below. Hereinafter, the laser light L1 incident on the resonator unit 20 may be referred to as “excitation laser light”, and the laser light whose wavelength is converted and output from the resonator unit 20 may be referred to as “OPO laser light”. .
共振器部２０は、インプットカプラー２０１と、ミラー２０３、２０５、および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およ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 unit 20 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（すなわち、励起レーザー光Ｌ１）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Ｌ２として、共振器部２０内で共振し、アウトプットカプラー２１１から共振器部２０の外部に出力されることとなる。ＯＰＯレーザー光Ｌ２は、例えば赤外帯域の波長を持つ光である。 As an example, the nonlinear optical element 213 converts input laser light (that is, excitation laser light L1) into two wavelengths. Then, laser light having at least one of the two converted wavelengths (for example, long wavelength) resonates in the resonator unit 20 as the OPO laser beam L2, and is output from the output coupler 211 to the resonator unit 20. It will be output to the outside. The OPO laser light L2 is light having a wavelength in the infrared band, for example.
非線形光学素子２１３は、複数種類設けられていてもよい。この場合、ユーザが希望する出力光（の波長）に応じて、それらのうち１つが選択されるように、それら複数の非線形光学素子が切り替え可能に構成されていてもよい。 A plurality of types of nonlinear optical elements 213 may be provided. In this case, the plurality of nonlinear optical elements may be configured to be switchable so that one of them is selected according to the output light (wavelength) desired by the user.
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Ｌ１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Ｌ２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、励起レーザー光Ｌ１と、ＯＰＯレーザー光Ｌ２とが異なる光路を経て共振器部２０内を導光される。以下に、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１およびＯＰＯレーザー光Ｌ２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 L1 toward the input coupler 201 and reflects the OPO laser light L2 toward the output coupler 211. With such a configuration, the excitation laser beam L1 and the OPO laser beam L2 are guided through the resonator unit 20 through different optical paths. The details of the optical paths of the excitation laser beam L1 and the OPO laser beam L2 in the resonator unit 20 will be described below.
まず、励起レーザー光Ｌ１の光路に着目する。インプットカプラー２０１から共振器部２０内に入射した励起レーザー光Ｌ１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、およびミラー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 L1. The excitation laser light L1 incident on the resonator unit 20 from the input coupler 201 passes through the dichroic mirror 209, reaches the mirror 207 through the mirror 203, the nonlinear optical element 213, and the mirror 205, and is reflected by the mirror 207. Is done.
また、ミラー２０７で反射された励起レーザー光Ｌ１は、ミラー２０５、非線形光学素子２１３、およびミラー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。 The excitation laser light L 1 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Ｌ１の一部を反射させるとともに、他の一部を共振器部２０の外部に出射させる。このように、共振器部２０内に入射した励起レーザー光Ｌ１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。すなわち、インプットカプラー２０１と、ミラー２０７との間の光路が、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長（換言すると、共振器長）に相当し、当該光路長を励起レーザー光Ｌ１の共振条件に合わせて調整することで、励起レーザー光Ｌ１が共振器部２０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> 1 and emits the other part to the outside of the resonator unit 20. As described above, the excitation laser light L 1 incident in the resonator unit 20 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 L1 in the resonator unit 20 (in other words, the resonator length), and the optical path length is equal to the excitation laser light L1. By adjusting according to the resonance condition, the excitation laser beam L1 resonates in the resonator unit 20.
また、インプットカプラー２０１から共振器部２０の外部に出射された励起レーザー光は、共振器部２０からの反射光として、アイソレーター４０により光検出器４１に向けて導光され、当該光検出器４１で検出される。 In addition, the excitation laser light emitted from the input coupler 201 to the outside of the resonator unit 20 is guided as light reflected from the resonator unit 20 toward the photodetector 41 by the isolator 40. Is detected.
次に、ＯＰＯレーザー光Ｌ２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Ｌ１、すなわち、ＯＰＯレーザー光Ｌ２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 L2. The excitation laser light L1 wavelength-converted by the nonlinear optical element 213, that is, the OPO laser light L2, 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Ｌ２は、ミラー２０５、非線形光学素子２１３、およびミラー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。 The OPO laser light L 2 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 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Ｌ２の一部を反射させるとともに、他の一部を共振器部２０の外部に出射させる。このように、共振器部２０内に入射したＯＰＯレーザー光Ｌ２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。すなわち、アウトプットカプラー２１１と、ミラー２０７との間の光路が、共振器部２０内におけるＯＰＯレーザー光Ｌ２の光路長（換言すると、共振器長）に相当し、当該光路長をＯＰＯレーザー光Ｌ２の共振条件に合わせて調整することで、ＯＰＯレーザー光Ｌ２が共振器部２０内で共振することとなる。 The output coupler 211 reflects a part of the guided OPO laser beam L2 and emits the other part to the outside of the resonator unit 20. As described above, the OPO laser light L 2 incident on the resonator unit 20 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 beam L2 in the resonator unit 20 (in other words, the resonator length), and the optical path length is represented by the OPO laser beam L2. The OPO laser beam L2 is resonated in the resonator unit 20 by adjusting it according to the resonance condition.
１．２）共振器部の光路長の調整 1.2) Adjustment of the optical path length of the resonator
次に、共振器部２０内における、励起レーザー光Ｌ１およびＯＰＯレーザー光Ｌ２それぞれの光路長の調整について説明する。 Next, adjustment of the optical path lengths of the excitation laser beam L1 and the OPO laser beam L2 in the resonator unit 20 will be described.
駆動部３０は、共振器部２０の共振器長を変位させる機能を有する。駆動部３０は、例えば、電磁アクチュエーター（例えば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からなる。なお、以降の説明では、駆動部３０として電磁アクチュエーターを用いるものとして説明する。 The drive unit 30 has a function of displacing the resonator length of the resonator unit 20. The drive unit 30 includes an actuator device such as an electromagnetic actuator (for example, VCM: Voice Coil Motor) or a piezoelectric element configuration. In the following description, it is assumed that an electromagnetic actuator is used as the drive unit 30.
本実施形態に係る共振器部２０では、ミラー２０７は、駆動部３０に駆動されることで、当該ミラー２０７に入射する励起レーザー光Ｌ１およびＯＰＯレーザー光Ｌ２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、駆動部３０に駆動されることで、当該アウトプットカプラー２１１に入射するＯＰＯレーザー光Ｌ２の光軸方向に沿って位置を調整可能に構成されている。 In the resonator unit 20 according to this embodiment, the mirror 207 is driven by the driving unit 30 to adjust the position along the optical axis direction of the excitation laser light L1 and the OPO laser light L2 incident on the mirror 207. It is configured to be possible. Similarly, the output coupler 211 is configured to be capable of adjusting the position along the optical axis direction of the OPO laser light L2 incident on the output coupler 211 by being driven by the drive unit 30.
ミラー２０７の位置が調整されることで、主に励起レーザー光Ｌ１の光路長が調整される。また、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Ｌ２の光路長が調整される。すなわち、励起レーザー光Ｌ１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Ｌ２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ようにすればよい。 By adjusting the position of the mirror 207, the optical path length of the excitation laser light L1 is mainly adjusted. Further, the optical path length of the OPO laser beam L2 is adjusted by adjusting the position of the output coupler 211. That is, the position of the mirror 207 may be adjusted so as to satisfy the resonance condition of the excitation laser beam L1, and then the position of the output coupler 211 may be adjusted so as to satisfy the resonance condition of the OPO laser beam L2.
後述するように、本明細書では、ミラー２０７の位置調整により励起レーザー光Ｌ１の光路長が制御される形態を主に説明する。したがって、図１では、光検出器としては、ＯＰＯレーザー光Ｌ２を検出する光検出器を図示せず、アイソレーター４０から分離された、励起レーザー光Ｌ１の戻り光である反射光Ｌ３を検出する光検出器４１のみを図示している。 As will be described later, in the present specification, a mode in which the optical path length of the excitation laser light L1 is controlled by adjusting the position of the mirror 207 will be mainly described. Therefore, in FIG. 1, a light detector that detects the OPO laser light L2 is not shown as a light detector, and is a light that detects the reflected light L3 that is the return light of the excitation laser light L1 separated from the isolator 40. Only the detector 41 is shown.
なお、ＯＰＯレーザー光Ｌ２を検出する光検出器は、ミラー２０７から透過するＯＰＯレーザー光Ｌ２の一部の光を検出するように、配置および構成されている。この場合、ミラー２０７は上述したパーシャルリフレクターが用いられる。 Note that the photodetector that detects the OPO laser beam L2 is arranged and configured to detect a part of the OPO laser beam L2 that is transmitted from the mirror 207. In this case, the above-described partial reflector is used for the mirror 207.
駆動部３０は、制御部１０による制御（すなわち、制御部１０から供給される制御信号）に基づき、ミラー２０７およびアウトプットカプラー２１１の位置を調整する。なお、ミラー２０７およびアウトプットカプラー２１１それぞれに対して、個々に駆動部３０を設ける構成としてもよいことは言うまでもない。 The drive unit 30 adjusts the positions of the mirror 207 and the output coupler 211 based on control by the control unit 10 (that is, a control signal supplied from the control unit 10). Needless to say, the drive unit 30 may be provided for each of the mirror 207 and the output coupler 211.
制御部１０は、駆動部３０の動作を制御することで、ミラー２０７およびアウトプットカプラー２１１の位置を制御する。これにより、制御部１０は、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１およびＯＰＯレーザー光Ｌ２それぞれの光路長を制御する。そして、励起レーザー光Ｌ１について着目すると、制御部１０は、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長が、当該励起レーザー光Ｌ１の共振条件を満たすように、サーボ制御を実行する。 The control unit 10 controls the positions of the mirror 207 and the output coupler 211 by controlling the operation of the drive unit 30. Accordingly, the control unit 10 controls the optical path lengths of the excitation laser light L1 and the OPO laser light L2 in the resonator unit 20. Then, paying attention to the excitation laser light L1, the control unit 10 performs servo control so that the optical path length of the excitation laser light L1 in the resonator unit 20 satisfies the resonance condition of the excitation laser light L1.
具体的には、制御部１０は、光検出器４１で検出された、共振器部２０からの反射光Ｌ３を、発振器１１から供給される周波数ｆｍの信号に基づき、サンプル・アンド・ホールドにより同期検波することで検出信号を得る。 Specifically, the control unit 10, detected by the photodetector 41, the reflected light L3 from the resonator portion 20, on the basis of the oscillator 11 into a signal of a frequency f m supplied by the sample-and-hold A detection signal is obtained by synchronous detection.
制御部１０は、取得した検出信号に基づき、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長と、当該励起レーザー光Ｌ１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を、例えば、ＰＤＨ（Pound-Drever-Hall）法により生成する。なお、当該誤差信号を生成できれば、その方法はＰＤＨ法に限定されないことは言うまでもない。 Based on the acquired detection signal, the control unit 10 generates an error signal indicating a deviation between the optical path length of the excitation laser light L1 in the resonator unit 20 and the optical path length satisfying the resonance condition of the excitation laser light L1. For example, it is generated by a PDH (Pound-Drever-Hall) method. Needless to say, if the error signal can be generated, the method is not limited to the PDH method.
そして、制御部１０は、生成した誤差信号を、励起レーザー光Ｌ１の光路長のサーボ制御を実行するための引き込み信号として使用し、当該励起レーザー光Ｌ１の光路長のサーボ制御を実行する。具体的には、制御部１０は、生成した誤差信号に基づき、駆動部３０を制御するための駆動信号を生成し、当該駆動信号により駆動部３０にミラー２０７の位置を調整させることで、当該励起レーザー光Ｌ１の光路長をサーボ制御する。 And the control part 10 uses the produced | generated error signal as a drawing signal for performing servo control of the optical path length of the excitation laser beam L1, and performs servo control of the optical path length of the excitation laser beam L1. Specifically, the control unit 10 generates a drive signal for controlling the drive unit 30 based on the generated error signal, and causes the drive unit 30 to adjust the position of the mirror 207 using the drive signal, thereby Servo-control the optical path length of the excitation laser beam L1.
なお、制御部１０は、例えば、ＢＰＵ（Basic Processing Unit）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアを備える。また、制御部１０は、上記に示した制御を行うためのデータやプログラムを記録するための、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）のようなストレージを備えてもよい。制御部１０は、ＢＰＵ、ＣＰＵに代えて、または、これに加えて、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)等のデバイスを備えていてもよい。 The control unit 10 includes hardware such as a BPU (Basic Processing Unit) and a CPU (Central Processing Unit). Further, the control unit 10 may include a storage such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory) for recording data and programs for performing the control described above. The control unit 10 may include devices such as a DSP (Digital Signal Processor) and a PLD (Programmable Logic Device) instead of or in addition to the BPU and CPU.
なお、制御部１０による、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長の制御（すなわち、ミラー２０７の位置の制御）に係る動作の詳細については、別途後述する。 The details of the operation related to the control of the optical path length of the excitation laser beam L1 in the resonator unit 20 by the control unit 10 (that is, the control of the position of the mirror 207) will be described later.
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、制御部１０および駆動部３０は、レーザー光発生装置１の外部の構成として、当該レーザー光発生装置１に外付けする構成としてもよい。 The configuration of the laser beam generator 1 according to the present embodiment has been described above with reference to FIG. The control unit 10 and the drive unit 30 may be configured to be externally attached to the laser light generating device 1 as the external configuration of the laser light generating device 1.
１．３）サーボの引き込み
次に、本実施形態に係るレーザー光発生装置１の制御部１０の詳細について説明するにあたり、まず、図２を参照しながら、レーザー光源５１として、半導体レーザーのようにマルチモード発振するものを用いた場合のサーボの引き込みについて概要を説明する。図２は、マルチモード発振するレーザー光源を用いた場合のサーボの引き込みについて説明するための説明図である。
1.3) Pulling In Servo Next, in describing the details of the control unit 10 of the laser light generator 1 according to the present embodiment, first, referring to FIG. An outline of servo pull-in when a multi-mode oscillator is used will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining servo pull-in when a laser light source that oscillates in a multimode is used.
サーボの「引き込み」とは、サーボ制御を実行しサーボの「定常状態（安定状態）」を得るまでの動作を意味する。すなわち、「サーボ制御」とは、引き込み動作を行うことによりサーボの定常状態を得、サーボの定常状態を継続させる制御である。 “Retraction” of the servo means an operation until servo control is executed and a “steady state (stable state)” of the servo is obtained. That is, the “servo control” is control that obtains a steady state of the servo by performing a pull-in operation and continues the steady state of the servo.
図２において、参照符号ｇ１１は、ミラー２０７の位置を示しており、当該ミラー２０７の位置に応じて、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長が決定される。また、参照符号ｇ２１は、参照符号ｇ１１で示したミラー２０７の各位置に対応して得られる検出信号（換言すると、反射光Ｌ３のレベルを示す信号）を示している。また、参照符号ｇ３１は、検出信号ｇ２１に基づく誤差信号を示している。 In FIG. 2, reference numeral g <b> 11 indicates the position of the mirror 207, and the optical path length of the excitation laser light L <b> 1 in the resonator unit 20 is determined according to the position of the mirror 207. Reference numeral g21 indicates a detection signal (in other words, a signal indicating the level of the reflected light L3) obtained corresponding to each position of the mirror 207 indicated by the reference numeral g11. Reference sign g31 indicates an error signal based on the detection signal g21.
共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長が、当該励起レーザー光Ｌ１の共振条件を満たした場合、すなわち、当該光路長が励起レーザー光Ｌ１の波長の整数倍となった場合に、共振器部２０からの反射光のレベル（強度）は低下する。そのため、マルチモード発振するレーザー光源（パルス波も連続波も両方含む）を用いた場合には、図２に示すように、反射光のレベルが低下するミラー２０７の位置、すなわち、モード（光路長）が複数存在し、各モードそれぞれに対して誤差信号が生成されることになる。 When the optical path length of the excitation laser beam L1 in the resonator unit 20 satisfies the resonance condition of the excitation laser beam L1, that is, when the optical path length becomes an integral multiple of the wavelength of the excitation laser beam L1, the resonance occurs. The level (intensity) of the reflected light from the vessel part 20 decreases. Therefore, when a laser light source that oscillates in a multimode (including both pulse waves and continuous waves) is used, as shown in FIG. 2, the position of the mirror 207 where the level of reflected light decreases, that is, the mode (optical path length). ), And an error signal is generated for each mode.
これら複数のモードの存在が、反射光Ｌ３のレベルとして下向きの複数のパルス状に対応して現れる。反射光レベルが低いモードほど共振器部２０からの漏れ光が少ないため、より出力の高いＯＰＯレーザー光Ｌ２を得ることができる。 The presence of these multiple modes appears corresponding to a plurality of downward pulses as the level of the reflected light L3. Since the leakage light from the resonator unit 20 is less as the reflected light level is lower, the OPO laser beam L2 with higher output can be obtained.
図２に示すように、励起レーザー光Ｌ１がパルス波であるため、共振器部２０内を周回したパルスが時間軸上で重なり合う必要がある。このため、各モードに対応した反射光のレベルは、モードに応じて異なる傾向にある。上記のように、図２に範囲ｇ１３で示したように、反射光Ｌ３のレベルが低いモードほど共振器部２０からの漏れ光が少ない。したがって、反射光Ｌ３のレベルが低いモードになるように（適切値になるように）、ミラー２０７の位置を調整することが、より望ましいこととなる。 As shown in FIG. 2, since the excitation laser light L1 is a pulse wave, it is necessary that the pulses that circulate in the resonator unit 20 overlap on the time axis. For this reason, the level of reflected light corresponding to each mode tends to differ depending on the mode. As described above, as indicated by the range g13 in FIG. 2, the mode in which the level of the reflected light L3 is lower has less leakage light from the resonator unit 20. Therefore, it is more desirable to adjust the position of the mirror 207 so that the mode of the reflected light L3 is low (so that it becomes an appropriate value).
なお、励起レーザー光がパルス波ではなく、連続波である場合、図２と同様に繰り返しの下向きのパルス状の反射レベルの信号が得られるが、ミラー位置の全域にわたって、この反射レベルの各最小値がほぼ一定となる。つまり、連続波では、最適値となる数がミラー位置の全域にわたって存在するため、その分、パルス波に比べ制御がしやすいということになる。 When the excitation laser light is not a pulse wave but a continuous wave, a repeated downward pulse-like reflection level signal can be obtained as in FIG. The value is almost constant. That is, in the continuous wave, the optimum number exists over the entire area of the mirror position, so that the control is easier than the pulse wave.
２．比較例に係る制御部 2. Control unit according to comparative example
２．１）制御部の構成および動作 2.1) Configuration and operation of the control unit
次に、これまで説明したレーザー光発生装置の制御部を比較例として、当該比較例に係る制御部によるサーボの引き込み動作について説明することで、本実施形態に係るレーザー光発生装置１の課題について整理する。 Next, with the control unit of the laser light generation device described so far as a comparative example, the servo pull-in operation by the control unit according to the comparison example will be described, so that the problem of the laser light generation device 1 according to the present embodiment will be described. organize.
比較例に係る制御部１０ｗの構成およびその動作について、図３および４を参照しながら説明する。図３は、比較例に係る制御部１０ｗの機能構成の一例を示したブロック図である。 The configuration and operation of the control unit 10w according to the comparative example will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the control unit 10w according to the comparative example.
なお、図４における参照符号ｇ１１、ｇ２１、ｇ３１、およびｇ１３は、図２における、ミラー２０７の位置ｇ１１、検出信号ｇ２１、誤差信号ｇ３１、および反射光Ｌ３の検出信号が最も低くなる範囲ｇ１３にそれぞれ対応している。 Note that reference numerals g11, g21, g31, and g13 in FIG. 4 are respectively in the range g13 in which the position g11 of the mirror 207, the detection signal g21, the error signal g31, and the detection signal of the reflected light L3 are the lowest in FIG. It corresponds.
図３に示すように、比較例に係る制御部１０ｗは、誤差信号生成部１０１と、レベル検出部１０３および１０５と、サーボ制御部１０７と、スイッチ１０９と、位相補償部１１１と、ＶＣＭドライバ１１３とを含む。 As shown in FIG. 3, the control unit 10w according to the comparative example includes an error signal generation unit 101, level detection units 103 and 105, a servo control unit 107, a switch 109, a phase compensation unit 111, and a VCM driver 113. Including.
誤差信号生成部１０１は、光検出器４１で検出された共振器部２０からの反射光Ｌ３を、発振器１１から供給される周波数ｆｍの信号に基づき、サンプル・アンド・ホールドにより同期検波することで検出信号を得る。誤差信号生成部１０１は、取得した検出信号に基づき、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長と、当該励起レーザー光Ｌ１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を生成して、これを出力する。 Error signal generating section 101, the reflected light L3 from the resonator portion 20 detected by the photodetector 41, on the basis of the oscillator 11 into a signal of a frequency f m supplied to synchronous detection by the sample-and-hold that To obtain a detection signal. The error signal generation unit 101 is an error signal indicating a deviation between the optical path length of the excitation laser light L1 in the resonator unit 20 and the optical path length satisfying the resonance condition of the excitation laser light L1 based on the acquired detection signal. Is generated and output.
なお、誤差信号の生成には、例えば、上述のようにＰＤＨ法を用いるとよい。具体的な一例として、レーザー光源５１から出射されるレーザー光の周波数をｆｃ、当該レーザー光の変調周波数をｆｍとした場合には、位相変調器５２による位相変調によりサイドバンドｆｃ±ｆｍが立てられる。誤差信号生成部１０１は、供給された反射光Ｌ３について、周波数ｆｃ、ｆｃ±ｆｍのビートを検出することで誤算信号を得る。 For the generation of the error signal, for example, the PDH method may be used as described above. As a specific example, when the frequency of the laser beam emitted from the laser light source 51 is f c, the modulation frequency of the laser beam and f m, the side band by phase modulation by the phase modulator 52 f c ± f m is set up. Error signal generator 101, the supplied reflected light L3, obtain miscalculation signal by detecting the beat frequency f c, f c ± f m .
以上のようにして、誤差信号生成部１０１は、反射光Ｌ３を同期検波することで得られる検出信号に基づき誤差信号を生成し、生成した誤差信号を、レベル検出部１０５とスイッチ１０９とに逐次出力する。 As described above, the error signal generation unit 101 generates an error signal based on the detection signal obtained by synchronously detecting the reflected light L3, and the generated error signal is sequentially transmitted to the level detection unit 105 and the switch 109. Output.
レベル検出部１０３は、共振器部２０からの反射光Ｌ３の検出信号を、光検出器４１から所定のサンプリングレート（例えば、発振器１１から供給される周波数ｆｍ）で逐次取得する。なお、レベル検出部１０３は、発振器１１から供給される周波数ｆｍの信号に基づき、サンプル・アンド・ホールドにより同期検波された検出信号を、反射光Ｌ３の検出信号として取得してもよい。 The level detection unit 103 sequentially acquires the detection signal of the reflected light L3 from the resonator unit 20 from the photodetector 41 at a predetermined sampling rate (for example, the frequency f m supplied from the oscillator 11). Incidentally, the level detecting unit 103, based on the oscillator 11 into a signal of a frequency f m supplied, the detection signal synchronous detection by the sample-and-hold, may be obtained as a detection signal of the reflected light L3.
レベル検出部１０３は、取得した検出信号に基づき、反射光Ｌ３のレベルを検出する。このとき、検出される反射光Ｌ３のレベルは、図２に示すように、ミラー位置の移動に伴い、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長が、当該励起レーザー光Ｌ１の共振条件を満たすか否かに応じて変化する。レベル検出部１０３は、検出された反射光Ｌ３のレベルが閾値ｇ２５を下回った場合に、レベルの検出結果を示す信号ｇ４１をサーボ制御部１０７に出力する。 The level detection unit 103 detects the level of the reflected light L3 based on the acquired detection signal. At this time, as shown in FIG. 2, the level of the reflected light L3 detected is such that the optical path length of the excitation laser light L1 in the resonator unit 20 is the resonance condition of the excitation laser light L1 with the movement of the mirror position. It changes depending on whether or not it satisfies. When the level of the detected reflected light L3 falls below the threshold value g25, the level detection unit 103 outputs a signal g41 indicating the level detection result to the servo control unit 107.
閾値ｇ２５は、光源部５０から出力されるレーザー光Ｌ１の出力や、共振器部２０の特性に応じてあらかじめ決められている。具体的な一例として、あらかじめ実験等により、共振器部２０からの反射光Ｌ３のレベルを測定しておくことで、測定結果で得られた反射光Ｌ３の最小値に基づき、閾値ｇ２５が決定されればよい。 The threshold value g25 is determined in advance according to the output of the laser light L1 output from the light source unit 50 and the characteristics of the resonator unit 20. As a specific example, the threshold value g25 is determined based on the minimum value of the reflected light L3 obtained as a result of the measurement by measuring the level of the reflected light L3 from the resonator unit 20 in advance through experiments or the like. Just do it.
レベル検出部１０５は、誤差信号生成部１０１から、生成された誤差信号を逐次取得する。そして、レベル検出部１０５は、取得した誤差信号のゼロクロスレベルを検出し、当該ゼロクロスレベルの検出タイミングに基づき、各モードに応じた共振器部２０の共振器長（すなわち、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長）のサーボ制御を開始するタイミングを示す生成したサーボトリガーパルスｇ５１を生成する。レベル検出部１０５は、生成したサーボトリガーパルスｇ５１をサーボ制御部１０７に逐次出力する。 The level detection unit 105 sequentially acquires the generated error signal from the error signal generation unit 101. Then, the level detection unit 105 detects the zero cross level of the acquired error signal, and based on the detection timing of the zero cross level, the resonator length of the resonator unit 20 corresponding to each mode (that is, in the resonator unit 20) The generated servo trigger pulse g51 indicating the timing for starting the servo control of the optical path length of the excitation laser beam L1 is generated. The level detection unit 105 sequentially outputs the generated servo trigger pulse g51 to the servo control unit 107.
サーボ制御部１０７は、レベル検出部１０５からサーボトリガーパルスを逐次取得する。そして、サーボ制御部１０７は、レベル検出部１０３から反射光Ｌ３のレベルの検出結果を示す信号ｇ４１を取得すると、当該信号を取得したタイミングで供給されたサーボトリガーパルス内で、レベルの検出結果を示す信号ｇ４１に対応する、サーボの開始を示すサーボオン信号ｇ６１をスイッチ１０９に供給する。すなわち、サーボ制御部１０７は、サーボトリガーパルスｇ５１を発生している間に、レベル検出結果を示す信号ｇ４１を受けている場合に、サーボオン信号ｇ６１を出力する。 The servo control unit 107 sequentially acquires servo trigger pulses from the level detection unit 105. Then, when the servo control unit 107 acquires the signal g41 indicating the detection result of the level of the reflected light L3 from the level detection unit 103, the servo control unit 107 displays the detection result of the level within the servo trigger pulse supplied at the timing when the signal is acquired. A servo-on signal g61 indicating the start of servo corresponding to the indicated signal g41 is supplied to the switch 109. That is, the servo control unit 107 outputs the servo-on signal g61 when receiving the signal g41 indicating the level detection result while generating the servo trigger pulse g51.
スイッチ１０９は、前段に設けられた誤差信号生成部１０１と、後段に設けられた位相補償部１１１との間の接続関係を、サーボ制御部１０７から供給される信号に基づき切り替え可能に構成されている。具体的には、スイッチ１０９は、サーボ制御部１０７からサーボの開始を示す信号が供給されると、オン状態となり、誤差信号生成部１０１と位相補償部１１１との間を接続させる。これにより、誤差信号生成部１０１から出力された誤差信号が位相補償部１１１に供給される。 The switch 109 is configured to be able to switch the connection relationship between the error signal generation unit 101 provided in the previous stage and the phase compensation unit 111 provided in the subsequent stage based on a signal supplied from the servo control unit 107. Yes. Specifically, the switch 109 is turned on when a signal indicating the start of servo is supplied from the servo control unit 107, and connects the error signal generation unit 101 and the phase compensation unit 111. As a result, the error signal output from the error signal generation unit 101 is supplied to the phase compensation unit 111.
位相補償部１１１は、スイッチ１０９がオン状態となることで、誤差信号生成部１０１から誤差信号の供給を受ける。位相補償部１１１は、誤差信号生成部１０１からの誤差信号の位相を補償し、位相が補償された誤差信号をＶＣＭドライバ１１３に供給する。 The phase compensation unit 111 is supplied with an error signal from the error signal generation unit 101 when the switch 109 is turned on. The phase compensation unit 111 compensates the phase of the error signal from the error signal generation unit 101 and supplies the error signal whose phase has been compensated to the VCM driver 113.
ＶＣＭドライバ１１３は、位相補償部１１１から供給される誤差信号に基づき、駆動部３０を駆動することで、サーボの引き込み（すなわち、ミラー２０７の位置の調整）を行う。すなわち、駆動部３０により、図４の参照符号ｇ１５に示すように、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長が、サーボが開始されたタイミングに対応するモードとなるようにミラー２０７の位置が調整される。 The VCM driver 113 drives the drive unit 30 based on the error signal supplied from the phase compensation unit 111 to perform servo pull-in (that is, adjustment of the position of the mirror 207). That is, as indicated by reference numeral g15 in FIG. 4, the driving unit 30 sets the mirror 207 so that the optical path length of the excitation laser light L1 in the resonator unit 20 becomes a mode corresponding to the timing at which the servo is started. The position is adjusted.
また、ＶＣＭドライバ１１３による、励起レーザー光Ｌ１の光路長のサーボ制御に伴い、共振器部２０のモードがロックされるため、図４の参照符号ｇ２３に示すように、反射光Ｌ３のレベルは一定となり、参照符号ｇ３３に示すように誤差信号も安定化する。 Further, since the mode of the resonator unit 20 is locked in accordance with the servo control of the optical path length of the excitation laser beam L1 by the VCM driver 113, the level of the reflected light L3 is constant as shown by reference numeral g23 in FIG. Thus, the error signal is also stabilized as indicated by reference numeral g33.
２．２）比較例に係るサーボの引き込み動作の課題 2.2) Problems of servo pull-in operation according to comparative example
一方で、反射光Ｌ３のレベルと閾値ｇ２５との比較に基づきサーボの引き込みを行うタイミングを特定する場合には、サーボの引き込みを確実に行うために、閾値ｇ２５が、事前の測定により得られた反射光Ｌ３の最小値よりも高い値に設定される場合が少なくない。 On the other hand, in the case where the servo pull-in timing is specified based on the comparison between the level of the reflected light L3 and the threshold value g25, the threshold value g25 is obtained by prior measurement in order to reliably perform the servo pull-in. In many cases, the value is set higher than the minimum value of the reflected light L3.
そのため、比較例に係る制御部１０ｗのように、反射光Ｌ３のレベルと閾値ｇ２５との比較に基づきサーボの引き込みを行う場合には、レーザー光発生装置を動作させるモードが、反射光Ｌ３のレベルが最小となるモードｇ２７と乖離している場合が少なくない。すなわち、比較例に係る制御部１０ｗを適用したレーザー光発生装置は、反射光Ｌ３のレベルが最小となるモードｇ２７、すなわち、ＯＰＯレーザー光Ｌ２の出力が最大となるモードで動作していない場合があり、レーザー光源の性能を十分に活かしきれない場合がある。 Therefore, when the servo is pulled in based on the comparison between the level of the reflected light L3 and the threshold value g25 as in the control unit 10w according to the comparative example, the mode for operating the laser light generator is the level of the reflected light L3. Is often different from the mode g27 that minimizes. That is, the laser light generator to which the control unit 10w according to the comparative example is applied may not operate in the mode g27 in which the level of the reflected light L3 is minimum, that is, in the mode in which the output of the OPO laser light L2 is maximum. There are cases where the performance of the laser light source cannot be fully utilized.
そこで、本実施形態に係るレーザー光発生装置では、できるだけ高い強度を有するレーザー光を得ることが可能なモード、すなわち、共振器部２０からの反射光（漏れ光）が最小となるモードで共振するような共振器長を確実に得ることを目的とする。以降では、本実施形態に係るレーザー光発生装置１について、特に制御部１０の構成に着目して説明する。 Therefore, the laser light generation apparatus according to the present embodiment resonates in a mode in which laser light having the highest possible intensity can be obtained, that is, in a mode in which reflected light (leakage light) from the resonator unit 20 is minimized. An object is to reliably obtain such a resonator length. Hereinafter, the laser beam generator 1 according to the present embodiment will be described with particular attention to the configuration of the control unit 10.
３．本実施形態に係る制御装置 3. Control device according to this embodiment
３．１）制御装置の構成 3.1) Configuration of control device
図５は、本実施形態に係る制御装置の構成を主に示すブロック図である。これ以降の説明では、図３、４に示した比較例に係る制御部の構成において、実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。 FIG. 5 is a block diagram mainly showing the configuration of the control device according to the present embodiment. In the following description, in the configuration of the control unit according to the comparative example shown in FIGS. 3 and 4, substantially the same elements are denoted by the same reference numerals, the description thereof is simplified or omitted, and different points are described. The explanation is centered.
制御部１０は、図３で示した比較例に係る制御部１０ｗと同様に、レベル検出部１０４と、サーボ制御部１０８と、位相補償部１１１と、スイッチ１０９とを有する。また、制御部１０は、ＡＤ変換器１３、１４、低域通過フィルタ１２、ＤＡ変換器１５、および増幅器１６などの要素を有する。制御装置は、制御部１０および誤差信号生成部１０１を含むものである。 The control unit 10 includes a level detection unit 104, a servo control unit 108, a phase compensation unit 111, and a switch 109, like the control unit 10w according to the comparative example illustrated in FIG. The control unit 10 includes elements such as AD converters 13 and 14, a low-pass filter 12, a DA converter 15, and an amplifier 16. The control device includes a control unit 10 and an error signal generation unit 101.
誤差信号生成部１０１は、比較例と同様に、光検出器４１で得られた検出信号を、発振器１１からの発振周波数ｆｍの信号に基づく同期検波により取得し、この検出信号に基づき例えばＰＤＨ法により誤差信号を生成してこれを出力する。なお、発振器１１からの信号の位相は位相調整器１８により調整される。 Error signal generating section 101, like the comparative example, the detection signal obtained by the photodetector 41, obtained by synchronous detection based on the signal of the oscillation frequency f m from the oscillator 11, based for example PDH on the detection signal An error signal is generated by the method and output. The phase of the signal from the oscillator 11 is adjusted by the phase adjuster 18.
誤差信号生成部１０１で生成された誤差信号は、低域通過フィルタ１２を介してＡＤ変換器１３に入力されてデジタル値に変換される。デジタル値に変換された誤差信号は、位相補償部１１１に入力されてその位相が補償される。なお、位相補償部１１１は、比較例と同様に、スイッチ１０９の後段に設けられていてもよい。 The error signal generated by the error signal generation unit 101 is input to the AD converter 13 via the low-pass filter 12 and converted into a digital value. The error signal converted into the digital value is input to the phase compensation unit 111 and the phase thereof is compensated. Note that the phase compensation unit 111 may be provided in the subsequent stage of the switch 109 as in the comparative example.
レベル検出部１０４は、比較例と同様に、光検出器４１からの検出信号を、所定のサンプリングレート（例えば、発振器１１から供給される周波数ｆｍ）で逐次取得する。レベル検出部１０４は、取得した検出信号に基づき、反射光Ｌ３（図１参照）のレベルを検出する。このとき、検出される反射光Ｌ３のレベルは、図２に示すように、ミラー位置の移動に伴い、共振器部２０内における励起レーザー光Ｌ１の光路長が、当該励起レーザー光Ｌ１の共振条件を満たすか否かに応じて変化する。レベル検出部１０４は、検出された反射光Ｌ３のレベルが、後述するように閾値Ｔｈ１（図６参照）を下回った場合に、レベルの検出結果を示す信号（図６参照の参照符号ｇ４１に相当）をサーボ制御部１０８に出力する。 Level detector 104, like the comparative example, the detection signal from the photodetector 41, sequentially obtained at a predetermined sampling rate (e.g., a frequency f m supplied from the oscillator 11). The level detection unit 104 detects the level of the reflected light L3 (see FIG. 1) based on the acquired detection signal. At this time, as shown in FIG. 2, the level of the reflected light L3 detected is such that the optical path length of the excitation laser light L1 in the resonator unit 20 is the resonance condition of the excitation laser light L1 with the movement of the mirror position. It changes depending on whether or not it satisfies. When the level of the detected reflected light L3 falls below a threshold value Th1 (see FIG. 6) as will be described later, the level detection unit 104 is a signal indicating the level detection result (corresponding to the reference sign g41 in FIG. 6). ) Is output to the servo control unit 108.
制御部１０は、また、信号発生源１０２、増幅器１７、サーチバイアス重畳部１１０、およびサーボバイアス重畳部１２０を有する。 The control unit 10 also includes a signal generation source 102, an amplifier 17, a search bias superimposing unit 110, and a servo bias superimposing unit 120.
信号発生源１０２は、三角波やのこぎり波等の往復の波形信号（ここでは電流信号）を生成し、これを駆動部３０に入力するように構成される。増幅器１７は、この波形信号を増幅する。 The signal generation source 102 is configured to generate a reciprocating waveform signal (here, a current signal) such as a triangular wave or a sawtooth wave and to input this to the drive unit 30. The amplifier 17 amplifies this waveform signal.
サーチバイアス重畳部１１０は、後述するように設定されたサーチバイアス（ここでは電流値）を、信号発生源１０２からの波形信号に重畳することにより、サーチ信号を生成する機能を有する。サーボバイアス重畳部１２０は、後述するように設定されたサーボバイアスを、信号発生源１０２からの波形信号に重畳することにより、サーボ信号を生成する機能を有する。 The search bias superimposing unit 110 has a function of generating a search signal by superimposing a search bias (current value here) set as described later on a waveform signal from the signal generation source 102. The servo bias superimposing unit 120 has a function of generating a servo signal by superimposing a servo bias set as described later on a waveform signal from the signal generation source 102.
サーボバイアス値は、後述するように、サーチ処理でサーチされた、ミラー位置の適切点（本実施形態では最適点）に対応する値である。 As will be described later, the servo bias value is a value corresponding to an appropriate point (optimal point in this embodiment) of the mirror position searched by the search process.
サーボ制御部１０８は、上記サーチ処理により決定されたバイアス値（検出信号の適切値、特に最適値に対応するバイアス値）をサーボバイアス値として、誤差信号生成部１０１で生成された誤差信号に基づき、サーボ制御を実行するように構成される。 The servo control unit 108 uses the bias value (appropriate value of the detection signal, particularly a bias value corresponding to the optimum value) determined by the search process as a servo bias value, based on the error signal generated by the error signal generation unit 101. Configured to perform servo control.
３．２）制御部の動作 3.2) Operation of control unit
以上のように構成された制御部１０の動作を説明する。図６は、その制御部１０の動作を説明するための各種の信号を示す。なお、図６において、レベル検出結果を示す信号、誤差信号、およびサーボトリガーパルスのそれぞれの信号形態およびタイミングは、図４におけるそれらと同様であるので、それらの図示を省略している。図７は、制御部１０の動作を示すフローチャートである。 The operation of the control unit 10 configured as described above will be described. FIG. 6 shows various signals for explaining the operation of the control unit 10. In FIG. 6, the signal forms and timings of the signal indicating the level detection result, the error signal, and the servo trigger pulse are the same as those in FIG. 4, and thus illustration thereof is omitted. FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the control unit 10.
制御部１０は、サーチ処理において、上述したように反射光Ｌ３のレベル、つまり光検出器４１による検出信号のレベルができるだけ低い値となる適切値（本実施形態では最も低い値である最適値）をサーチする（ステップ１０１）。図８は、このサーチ処理を示すフローチャートである。 In the search process, the control unit 10 determines an appropriate value at which the level of the reflected light L3, that is, the level of the detection signal from the photodetector 41 is as low as possible (the optimum value that is the lowest value in the present embodiment) as described above. Is searched (step 101). FIG. 8 is a flowchart showing this search process.
図８に示した処理のうち、ステップ２０１〜２０４は、サーチ処理のための前処理（内部処理）である。制御部１０は、サーチゲイン（例えば８bit）を設定し（ステップ２０１）、また、サーチ時間（例えば８bit）を設定する（ステップ２０２）。 Of the processing shown in FIG. 8, steps 201 to 204 are preprocessing (internal processing) for search processing. The controller 10 sets a search gain (for example, 8 bits) (step 201) and sets a search time (for example, 8 bits) (step 202).
サーチゲインは、サーチのためのゲインであり、この設定により、ミラーの移動範囲（つまり、サーチ範囲）が設定される。サーチ範囲は、例えば図６において参照符号ｇ２２に示す検出信号において、各モードをほぼすべて含むような範囲（実質的な全範囲）である。あるいは、その範囲は、その全範囲より短い範囲であって、少なくとも全範囲の１／２を超えるものであってもよい。１／２より広い範囲であれば、検出信号の最適値(最低値)を含むモードをサーチ範囲に含めることができるからである。サーチ時間は、サーチする間の時間幅である。サーチゲインおよびサーチ時間の設定により、駆動部３０によるミラーの移動速度が設定される。 The search gain is a search gain, and the mirror movement range (that is, the search range) is set by this setting. The search range is, for example, a range (substantially entire range) that includes almost all the modes in the detection signal indicated by reference numeral g22 in FIG. Alternatively, the range may be shorter than the entire range and at least more than 1/2 of the entire range. This is because a mode including the optimum value (minimum value) of the detection signal can be included in the search range if the range is wider than ½. The search time is a time width during the search. The moving speed of the mirror by the drive unit 30 is set by setting the search gain and the search time.
サーチオンスイッチが入力されると（ステップ２０３）、制御部１０は、各レジスタ値を初期する。サーチゲインの設定およびサーチ時間の設定は、例えばユーザの操作により予め設定され、また、これらの値はユーザによりカスタマイズ可能とされる。また、サーチオンスイッチは、典型的にはユーザの操作により入力される。 When the search-on switch is input (step 203), the control unit 10 initializes each register value. The search gain setting and the search time setting are set in advance, for example, by the user's operation, and these values can be customized by the user. The search-on switch is typically input by a user operation.
ステップ２０４の後、制御部１０は、サーチ信号を発生させる。具体的には、所定のバイアス値に、信号発生源１０２からの三角波信号を重畳する（ステップ２０５）。サーチ信号は、駆動部３０に入力され(ステップ２０６)、駆動部３０はそのサーチ信号を駆動信号としてミラーを移動させる。図６において参照符号ｇ１２は、三角波に沿って移動するミラー位置を示す。 After step 204, the control unit 10 generates a search signal. Specifically, the triangular wave signal from the signal generation source 102 is superimposed on a predetermined bias value (step 205). The search signal is input to the drive unit 30 (step 206), and the drive unit 30 moves the mirror using the search signal as a drive signal. In FIG. 6, reference numeral g12 indicates a mirror position that moves along the triangular wave.
制御部１０は、このミラーの移動の間、検出信号の各モードのそれぞれボトム値をメモリに記録していく。図６では、それらボトム値を丸で囲んで表している。図１０は、例えばそのメモリに記録されるテーブルを示す。ここでは、制御部１０は、それらボトム値を、サーチ信号の各バイアス値（つまりこれらはミラー位置に対応）に関連付けて記録していく。 The controller 10 records the bottom value of each mode of the detection signal in the memory during the movement of the mirror. In FIG. 6, these bottom values are circled. FIG. 10 shows a table recorded in the memory, for example. Here, the control unit 10 records these bottom values in association with each bias value of the search signal (that is, these correspond to the mirror position).
制御部１０は、設定されたサーチゲインに対応する範囲でミラーを移動させた後、連続してサーチするか否か、つまり複数回続けてサーチするか否の判定処理を行う（ステップ２０７）。例えば２回サーチする場合、三角波の往復（１周期）の範囲で、サーチが行われる。 After moving the mirror within a range corresponding to the set search gain, the control unit 10 determines whether to search continuously, that is, whether to search continuously a plurality of times (step 207). For example, when searching twice, the search is performed in the range of a triangular wave reciprocation (one cycle).
制御部１０は、メモリに記録された検出信号の各モードのボトム値のうち、最適値、すなわち最小値を検出する（ステップ２０８）。そうすると、制御部１０は、そのレジスタ値を更新し（ステップ２０９）、それに対応するバイアス値であるバイアス最適値を更新し、設定する（ステップ２１０、２１１）。このバイアス最適値は、後述するようにサーボバイアスとして利用される。 The control unit 10 detects the optimum value, that is, the minimum value among the bottom values of the respective modes of the detection signal recorded in the memory (step 208). Then, the control unit 10 updates the register value (step 209), and updates and sets the bias optimum value that is the corresponding bias value (steps 210 and 211). This optimum bias value is used as a servo bias as will be described later.
図７を参照して、ステップ２１１の後、例えばユーザの操作によりサーボオンスイッチが入力されると（ステップ１０２）、制御部１０は、最適点への移動およびサーボ引き込み処理を実行する（ステップ１０３）。最適点とは、バイアス最適値に対応するミラーの位置である。 Referring to FIG. 7, after step 211, when a servo-on switch is input by a user operation, for example (step 102), control unit 10 performs a movement to an optimal point and a servo pull-in process (step 103). . The optimum point is the position of the mirror corresponding to the optimum bias value.
なお、サーボオンスイッチは無くてもよく、制御部１０は、ステップ１０１の終了から所定時間経過後に、当該サーボオンスイッチの入力と同じ処理を実行するように構成されていてもよい Note that the servo-on switch may not be provided, and the control unit 10 may be configured to execute the same processing as the input of the servo-on switch after a predetermined time has elapsed from the end of step 101.
図９は、最適点への移動およびサーボ引き込み処理を示すフローチャートである。図９に示す処理の原理は、基本的には、ステップ１０１のサーチ処理の原理と同様である。制御部１０は、例えば引き込み振幅（例えば４bit）および引き込み時間（例えば４bit）を設定する（ステップ３０１および３０２）。引き込み振幅とは、引き込み信号（サーボバイアスに重畳される往復波形、例えば三角波やのこぎり波の信号）の振幅である。引き込み時間は、引き込み処理の間の時間幅である。これら引き込み振幅および引き込み時間は、上記サーチ振幅およびサーチ時間より、小さい振幅および小さい時間としてそれぞれ設定される。これらの値は、予めユーザの操作により設定され、カスタマイズ可能とされる。 FIG. 9 is a flowchart showing the movement to the optimum point and the servo pull-in process. The principle of the process shown in FIG. 9 is basically the same as the principle of the search process in step 101. For example, the control unit 10 sets a pull-in amplitude (for example, 4 bits) and a pull-in time (for example, 4 bits) (steps 301 and 302). The pull-in amplitude is the amplitude of a pull-in signal (a reciprocating waveform superimposed on a servo bias, such as a triangular wave or sawtooth wave signal). The pull-in time is a time width during the pull-in process. These pull-in amplitude and pull-in time are set as smaller amplitude and smaller time than the search amplitude and search time, respectively. These values are set in advance by a user operation and can be customized.
ステップ１０１の終了時点で、ミラー位置は、参照符号ｇ１４で示すようにミラーの移動範囲の端にある。制御部１０は、サーボバイアスを、ステップ２１１で設定されたサーチ処理時の最適値に設定する（ステップ３０３）。制御部１０は、サーボバイアス重畳部１２０にて、サーボバイアス値であるバイアス最適値に、信号発生源１０２からの三角波信号を重畳する（ステップ３０４）。なお、このとき、サーチバイアスの重畳は解除されている。 At the end of step 101, the mirror position is at the end of the mirror movement range as indicated by reference numeral g14. The control unit 10 sets the servo bias to the optimum value at the time of search processing set in step 211 (step 303). The controller 10 superimposes the triangular wave signal from the signal generation source 102 on the optimum bias value, which is the servo bias value, in the servo bias superimposing unit 120 (step 304). At this time, the superposition of the search bias is cancelled.
この重畳された信号であるサーボ信号が、駆動部３０に入力され(ステップ３０５)、駆動部３０はそのサーボ信号を駆動信号としてミラーを移動させる。ステップ３０３〜３０５により、ミラーは、参照符号ｄ１４で示す位置から参照符号ｇ１６を経る移動経路をたどる。すなわち、制御部１０は、サーチ処理時に決定されたバイアス最適値をサーボバイアスとして駆動部３０に入力した状態で、サーボ制御を実行する。 The servo signal that is the superimposed signal is input to the drive unit 30 (step 305), and the drive unit 30 moves the mirror using the servo signal as a drive signal. Through steps 303 to 305, the mirror follows the movement path passing through the reference symbol g16 from the position indicated by the reference symbol d14. That is, the control unit 10 performs servo control in a state where the optimum bias value determined during the search process is input to the drive unit 30 as a servo bias.
なお、図６において、周期Ｔｗで示す三角状（途中から破線で示す）ミラーの移動経路が、サーボバイアスに重畳される三角波信号に対応する。 In FIG. 6, a triangular (indicated by a broken line) mirror moving path indicated by a period Tw corresponds to a triangular wave signal superimposed on the servo bias.
図７を参照して、サーボ信号を駆動信号としてミラーが参照符号ｇ１６で示す最適点を通り、三角波信号によりさらにミラーが移動すると、参照符号ｇ２４で示すような検出信号が得られる。図６では、最適点ｇ１６に対応する検出信号は、もちろん最適値となっているが、参照符号ｇ２４で示す検出信号の例は、その最適値から一端最大となって最適点へ向かう例を表している。 Referring to FIG. 7, when the mirror passes through the optimum point indicated by reference numeral g16 using the servo signal as a drive signal, and the mirror further moves by the triangular wave signal, a detection signal indicated by reference numeral g24 is obtained. In FIG. 6, the detection signal corresponding to the optimum point g16 is of course the optimum value, but the example of the detection signal indicated by reference numeral g24 represents an example in which the optimum value is once maximized toward the optimum point. ing.
ステップ１０４以降の処理は、図４で示したサーボ制御の処理と同様である。すなわち、制御部１０は、誤差信号のゼロクロスを監視しており（図４参照）、ゼロクロスごとにサーボトリガーパルスｇ５１を生成する。サーボトリガーパルスｇ５１が発生している間に、レベル検出部１０４の検出により、検出信号が閾値Ｔｈ１（図６参照）を下回った場合(ステップ１０４のＹＥＳ)、サーボループオン信号ｇ６２を発生する(ステップ１０５)。これにより、スイッチ１０９がＯＮとされ、サーボバイアスが印加された状態の誤差信号が、駆動部３０に入力される。 The processing after step 104 is the same as the servo control processing shown in FIG. That is, the control unit 10 monitors the zero cross of the error signal (see FIG. 4), and generates a servo trigger pulse g51 for each zero cross. While the servo trigger pulse g51 is generated, if the detection signal falls below the threshold value Th1 (see FIG. 6) due to detection by the level detection unit 104 (YES in step 104), a servo loop on signal g62 is generated ( Step 105). As a result, the switch 109 is turned on, and an error signal in a state where the servo bias is applied is input to the drive unit 30.
その後、制御部１０は、所定時間（例えば１ｓ）を待ち時間とし、それが経過すると(ステップ１０６)、サーボ定常状態に移行する。図６では、サーボ引き込みおよびサーボ定常状態の間におけるミラー位置を、参照符号ｇ１８で示すように太線で表している。 Thereafter, the control unit 10 sets a predetermined time (for example, 1 s) as a waiting time, and when that time elapses (step 106), shifts to a servo steady state. In FIG. 6, the mirror position between the servo pull-in and the servo steady state is indicated by a thick line as indicated by reference numeral g18.
以上のように本実施形態では、光検出器４１で得られる検出信号の最適値がサーチされ、その適切値に対応するサーチ信号のバイアス（バイアス最適値）を駆動部３０に入力した状態で、サーボ制御が実行される。具体的には、バイアス最適値が駆動部３０に入力された状態であれば、ミラー位置が最適点あるいはその近傍にあるため、その最適点からサーボ引き込みを開始することができる。したがって、図４で説明したような、検出信号（反射光Ｌ３のレベル）が最小となるモードと、サーボ定常状態での反射光Ｌ３のレベルとの「乖離」をできるだけ小さくすることができる。これにより、できるだけ高い強度を有するレーザー光を出力することができる共振器長の調整を確実に行うことができる。 As described above, in the present embodiment, the optimum value of the detection signal obtained by the photodetector 41 is searched, and the search signal bias (bias optimum value) corresponding to the appropriate value is input to the drive unit 30. Servo control is executed. Specifically, if the optimum bias value is input to the drive unit 30, the mirror position is at or near the optimum point, so that the servo pull-in can be started from the optimum point. Therefore, the “deviation” between the mode in which the detection signal (the level of the reflected light L3) is minimum and the level of the reflected light L3 in the servo steady state as described in FIG. 4 can be made as small as possible. This makes it possible to reliably adjust the resonator length that can output laser light having the highest possible intensity.
また、サーチ信号の振幅および周期に比べ、サーボ信号の振幅および周期が十分に小さい。これにより、サーボ引き込み時間をこれまでよりも短くすることができ、迅速なサーボ制御を行うことができる。 Further, the amplitude and period of the servo signal are sufficiently smaller than the amplitude and period of the search signal. As a result, the servo pull-in time can be made shorter than before, and quick servo control can be performed.
また、本実施形態では、バイアス最適値が重畳された状態で、サーボ制御が実行されるため、サーボ制御に要するゲインを小さく見積もることができ、回路設計が容易になる。特に、本技術では、上記したように、異なる複数種類の非線形光学素子が選択的に切り替えて用いられる場合がある。それら非線形光学素子ごとに、共振器部の共振条件が変わる、すなわちここでは適切値あるいは最適値が変わる。したがって、本技術によりバイアス適切値あるいはバイアス最適値が決定されることにより、非線形光学素子ごとに高いＤＣゲインを使用する、という問題がなくなる。 In the present embodiment, servo control is executed in a state where the optimum bias value is superimposed, so that the gain required for servo control can be estimated small, and circuit design is facilitated. In particular, in the present technology, as described above, different types of nonlinear optical elements may be selectively switched and used. For each of these nonlinear optical elements, the resonance condition of the resonator section changes, that is, the appropriate value or the optimum value changes here. Therefore, the problem of using a high DC gain for each nonlinear optical element is eliminated by determining an appropriate bias value or an optimum bias value according to the present technology.
４．他の実施形態に係る制御装置 4). Control device according to another embodiment
図１１は、本技術の他の実施形態に係る、制御装置の処理を示すフローチャートである。この処理は、本実施形態では、サーボ定常状態で、レーザー光発生装置に外乱、例えば衝撃が加えられた場合の処理である。ステップ１０１〜１０６は、図７で示したステップ１０１〜１０６と同様である。 FIG. 11 is a flowchart illustrating a process of the control device according to another embodiment of the present technology. In this embodiment, this process is a process in the case where a disturbance, for example, an impact is applied to the laser beam generator in the servo steady state. Steps 101 to 106 are the same as steps 101 to 106 shown in FIG.
サーボ定常状態において、レーザー光発生装置に衝撃が加えられた場合、制御部１０は、反射光Ｌ３のレベルである検出信号が閾値Ｔｈ２を超えたか否かを判定する(ステップ１０７)。閾値Ｔｈ２は、Ｔｈ１より大きい値に設定される。 When an impact is applied to the laser light generator in the servo steady state, the control unit 10 determines whether or not the detection signal that is the level of the reflected light L3 exceeds the threshold Th2 (step 107). The threshold value Th2 is set to a value larger than Th1.
検出信号が閾値Ｔｈ２を超えた場合、サーボ制御部１０８は、スイッチ１０９をオフ（ｏｐｅｎ）とすることにより、サーボループを解除する(ステップ１０８)。制御部１０は、サーチ処理１０１で設定されたバイアス最適値を再設定し(ステップ１０９)、所定の待ち時間（例えば１０．５ｍｓ）を経て(ステップ１１０)、ステップ１０３に戻る。 When the detection signal exceeds the threshold Th2, the servo control unit 108 releases the servo loop by turning off the switch 109 (step 108). The control unit 10 resets the optimum bias value set in the search process 101 (step 109), passes through a predetermined waiting time (for example, 10.5 ms) (step 110), and returns to step 103.
以上のように、本実施形態に係る制御装置は、サーボ定常状態では、バイアス最適値を既に取得しているので、外乱が加えられた場合の迅速な復帰処理を行うことができる。 As described above, since the control device according to the present embodiment has already acquired the optimum bias value in the servo steady state, it can perform a quick return process when a disturbance is applied.
なお、サーチ処理中に、外乱が加えられた場合、制御部１０は、サーチ処理を最初からやり直せばよい。 If a disturbance is applied during the search process, the control unit 10 may restart the search process from the beginning.
５．さらに別の種々の実施形態 5. Still other various embodiments
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。 The present technology is not limited to the embodiments described above, and other various embodiments can be realized.
上記実施形態では、適切値として、検出信号の各ボトム値のうち最小値が用いられたが、必ずしも最小値に限られず、最小値付近のボトムであってもよい。 In the above embodiment, the minimum value among the bottom values of the detection signal is used as the appropriate value. However, the value is not necessarily limited to the minimum value, and may be a bottom near the minimum value.
近年では、生物の細胞や特定のたんぱく質を可視化し、その局在や挙動までも観察可能な蛍光イメージングが細胞生物学・分子生物学の分野で活用されている。さらに生体の窓と呼ばれる650-1000nmの波長領域において深部まで観察できる短パルスの励起光源を用いて多光子励起した蛍光を取得する多光子顕微鏡が注目されている。本技術に係るレーザー光発生装置は、これらのような生体の観察装置として応用可能である。 In recent years, fluorescence imaging has been used in the field of cell biology and molecular biology to visualize biological cells and specific proteins and observe their localization and behavior. Further, a multi-photon microscope that obtains multi-photon-excited fluorescence using a short-pulse excitation light source that can be observed deeply in a wavelength region of 650-1000 nm called a biological window has attracted attention. The laser beam generator according to the present technology can be applied as a living body observation apparatus such as these.
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
パルスレーザー光を発生する光源部と、
前記パルスレーザー光を共振させる共振器部と、
前記共振器部の共振器長を変位させる駆動部と、
前記共振器部からの反射光を検出する検出器とを備えるレーザー光発生装置の制御装置であって、
前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成するように構成された誤差信号生成部と、
サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値をサーチするように構成され、前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御を実行するように構成された制御部と
を具備する制御装置。
（２）
前記（１）に記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記サーチ信号の振幅より小さい振幅を有するサーボ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記サーボ制御を実行するように構成される
制御装置。
（３）
前記（１）または（２）に記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記検出信号が閾値を超えたと判定した場合、前記サーボ制御を解除するように構成され、その解除後、前記適切値に対応する前記バイアス値を前記駆動部に入力して前記サーボ制御を実行するように構成される
制御装置。
（４）
前記（１）から（３）のうちいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記光源部は、第１共振器を有し、
前記共振器部は、前記第１共振器から出力された前記パルスレーザー光が入力される第２共振器と、前記パルスレーザー光の波長を変換可能な非線形光学素子とを有し、前記波長変換されて前記第２共振器から出力される光を出力光として出力する
制御装置。
（５）
パルスレーザー光を発生する光源部と、
前記パルスレーザー光を共振させる共振器部と、
前記共振器部の共振器長を変位させる駆動部と、
前記共振器部からの反射光を検出する検出器と、
前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成するように構成された誤差信号生成部と、
サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値をサーチするように構成され、前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御を実行するように構成された制御部と
を具備するレーザー光発生装置。
（６）
パルスレーザー光を発生する光源部と、
前記パルスレーザー光を共振させる共振器部と、
前記共振器部の共振器長を変位させる駆動部と、
前記共振器部からの反射光を検出する検出器とを備えるレーザー光発生装置の制御方法であって、
前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成し、
サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値をサーチし、
前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御を実行する
制御方法。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1)
A light source for generating pulsed laser light;
A resonator unit for resonating the pulse laser beam;
A drive unit for displacing the resonator length of the resonator unit;
A control device for a laser light generator comprising a detector for detecting reflected light from the resonator unit,
An error signal generation unit configured to generate an error signal indicating an error of the resonator length from the resonance condition based on a detection signal by the detector;
The search signal is configured to search for an appropriate value of the detection signal that satisfies a resonance condition by the resonator unit by generating a search signal and inputting the search signal to the drive unit, and the search signal corresponding to the appropriate value And a control unit configured to execute servo control based on the error signal in a state where the bias value is input to the drive unit.
(2)
The control device according to (1) above,
The control unit is configured to execute the servo control by generating a servo signal having an amplitude smaller than an amplitude of the search signal and inputting the servo signal to the driving unit.
(3)
The control device according to (1) or (2),
The control unit is configured to cancel the servo control when it is determined that the detection signal exceeds a threshold, and after the cancellation, the bias value corresponding to the appropriate value is input to the driving unit and the control unit is configured to cancel the servo control. A controller configured to perform servo control.
(4)
The control device according to any one of (1) to (3),
The light source unit includes a first resonator,
The resonator unit includes a second resonator to which the pulse laser beam output from the first resonator is input, and a nonlinear optical element capable of converting the wavelength of the pulse laser beam, and the wavelength conversion And output from the second resonator as output light.
(5)
A light source for generating pulsed laser light;
A resonator unit for resonating the pulse laser beam;
A drive unit for displacing the resonator length of the resonator unit;
A detector for detecting reflected light from the resonator unit;
An error signal generation unit configured to generate an error signal indicating an error of the resonator length from the resonance condition based on a detection signal by the detector;
The search signal is configured to search for an appropriate value of the detection signal that satisfies a resonance condition by the resonator unit by generating a search signal and inputting the search signal to the drive unit, and the search signal corresponding to the appropriate value A control unit configured to execute servo control based on the error signal in a state where the bias value is input to the drive unit.
(6)
A light source for generating pulsed laser light;
A resonator unit for resonating the pulse laser beam;
A drive unit for displacing the resonator length of the resonator unit;
A method for controlling a laser light generator comprising a detector for detecting reflected light from the resonator unit,
Based on a detection signal by the detector, an error signal indicating an error in the resonator length from the resonance condition is generated,
By generating a search signal and inputting it to the drive unit, search for an appropriate value of the detection signal that satisfies a resonance condition by the resonator unit,
A control method for executing servo control based on the error signal in a state where a bias value of the search signal corresponding to the appropriate value is input to a drive unit.
Ｌ１…励起レーザー光（パルスレーザー光）
Ｌ２…ＯＰＯレーザー光
Ｌ３…反射光
１…レーザー光発生装置
１０…制御部
２０…共振器部
３０…駆動部
４１…光検出器
５０…光源部
５６…ＭＩＬＬ部
１０１…誤差信号生成部
１０２…信号発生源
１０４…レベル検出部
１０８…サーボ制御部
１１０…サーチバイアス重畳部
１２０…サーボバイアス重畳部
２１３…非線形光学素子
５６２…ＬＤ
５６４…回折格子
L1 ... Excitation laser beam (pulse laser beam)
L2 ... OPO laser light L3 ... reflected light 1 ... laser light generator 10 ... control unit 20 ... resonator unit 30 ... drive unit 41 ... light detector 50 ... light source unit 56 ... MILL unit 101 ... error signal generation unit 102 ... signal Source 104 ... Level detection unit 108 ... Servo control unit 110 ... Search bias superposition unit 120 ... Servo bias superposition unit 213 ... Nonlinear optical element 562 ... LD
564 ... Diffraction grating
Claims (6)
前記パルスレーザー光を共振させる共振器部と、
前記共振器部の共振器長を変位させる駆動部と、
前記共振器部からの反射光を検出する検出器とを備えるレーザー光発生装置の制御装置であって、
前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成するように構成された誤差信号生成部と、
サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値をサーチするように構成され、前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御を実行するように構成された制御部と
を具備する制御装置。 A light source for generating pulsed laser light;
A resonator unit for resonating the pulse laser beam;
A drive unit for displacing the resonator length of the resonator unit;
A control device for a laser light generator comprising a detector for detecting reflected light from the resonator unit,
An error signal generation unit configured to generate an error signal indicating an error of the resonator length from the resonance condition based on a detection signal by the detector;
The search signal is configured to search for an appropriate value of the detection signal that satisfies a resonance condition by the resonator unit by generating a search signal and inputting the search signal to the drive unit, and the search signal corresponding to the appropriate value And a control unit configured to execute servo control based on the error signal in a state where the bias value is input to the drive unit.
前記制御部は、前記サーチ信号の振幅より小さい振幅を有するサーボ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記サーボ制御を実行するように構成される
制御装置。 The control device according to claim 1,
The control unit is configured to execute the servo control by generating a servo signal having an amplitude smaller than an amplitude of the search signal and inputting the servo signal to the driving unit.
前記制御部は、前記検出信号が閾値を超えたと判定した場合、前記サーボ制御を解除するように構成され、その解除後、前記適切値に対応する前記バイアス値を前記駆動部に入力して前記サーボ制御を実行するように構成される
制御装置。 The control device according to claim 1,
The control unit is configured to cancel the servo control when it is determined that the detection signal exceeds a threshold, and after the cancellation, the bias value corresponding to the appropriate value is input to the driving unit and the control unit is configured to cancel the servo control. A controller configured to perform servo control.
前記光源部は、第１共振器を有し、
前記共振器部は、前記第１共振器から出力された前記パルスレーザー光が入力される第２共振器と、前記パルスレーザー光の波長を変換可能な非線形光学素子とを有し、前記波長変換されて前記第２共振器から出力される光を出力光として出力する
制御装置。 The control device according to claim 1,
The light source unit includes a first resonator,
The resonator unit includes a second resonator to which the pulse laser beam output from the first resonator is input, and a nonlinear optical element capable of converting the wavelength of the pulse laser beam, and the wavelength conversion And output from the second resonator as output light.
前記パルスレーザー光を共振させる共振器部と、
前記共振器部の共振器長を変位させる駆動部と、
前記共振器部からの反射光を検出する検出器と、
前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成するように構成された誤差信号生成部と、
サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値をサーチするように構成され、前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御を実行するように構成された制御部と
を具備するレーザー光発生装置。 A light source for generating pulsed laser light;
A resonator unit for resonating the pulse laser beam;
A drive unit for displacing the resonator length of the resonator unit;
A detector for detecting reflected light from the resonator unit;
An error signal generation unit configured to generate an error signal indicating an error of the resonator length from the resonance condition based on a detection signal by the detector;
The search signal is configured to search for an appropriate value of the detection signal that satisfies a resonance condition by the resonator unit by generating a search signal and inputting the search signal to the drive unit, and the search signal corresponding to the appropriate value A control unit configured to execute servo control based on the error signal in a state where the bias value is input to the drive unit.
前記パルスレーザー光を共振させる共振器部と、
前記共振器部の共振器長を変位させる駆動部と、
前記共振器部からの反射光を検出する検出器とを備えるレーザー光発生装置の制御方法であって、
前記検出器による検出信号に基づき、前記共振条件からの前記共振器長の誤差を示す誤差信号を生成し、
サーチ信号を生成してこれを前記駆動部に入力することで、前記共振器部による共振条件を満たす、前記検出信号の適切値をサーチし、
前記適切値に対応する前記サーチ信号のバイアス値を駆動部に入力した状態で、前記誤差信号に基づき、サーボ制御を実行する
制御方法。 A light source for generating pulsed laser light;
A resonator unit for resonating the pulse laser beam;
A drive unit for displacing the resonator length of the resonator unit;
A method for controlling a laser light generator comprising a detector for detecting reflected light from the resonator unit,
Based on a detection signal by the detector, an error signal indicating an error in the resonator length from the resonance condition is generated,
By generating a search signal and inputting it to the drive unit, search for an appropriate value of the detection signal that satisfies a resonance condition by the resonator unit,
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| JP2015063862A JP2016184651A (en) | 2015-03-26 | 2015-03-26 | Control device, control method and laser beam generation device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107359498A (en) * | 2017-09-08 | 2017-11-17 | 北京奥博泰科技有限公司 | A kind of laser signal generator |
| JP2019124845A (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | レーザーテック株式会社 | Light source device, inspection device, and light source device control method |
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