JP3350607B2

JP3350607B2 - レーザ装置

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Publication number: JP3350607B2
Application number: JP03001295A
Authority: JP
Inventors: 一也宮垣
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-01-26
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 2002-11-25
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JPH08204275A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源の発振周波
数を安定化する発振周波数安定化装置およびレーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば文献「中川著，光学第１９
巻第１０号，１９９０年」には、レーザの周波数安定化
技術として、Ｐｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ法が示されてい
る。

【０００３】図２０はこのＰｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ法
の基本構成を示す図である。図２０を参照すると、単一
縦モード発振のレーザ光源１０１から出射されたレーザ
光は、光アイソレータ１０２を介して電気光学変調器１
０３に入射し、この電気光学変調器１０３によって周波
数変調される。なお、この周波数変調は、変調信号発生
器１１０からの変調信号を電気光学変調器１０３に与え
ることによってなされる。このように周波数変調された
レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０４，λ／４板１
０５を通してファブリペロー共振器などの周波数弁別装
置１０６に入射する。この際、周波数弁別装置１０６で
は、レーザ光をこの周波数弁別装置の共振周波数で共振
させることによって、レーザ光の周波数を弁別して、レ
ーザ光の自然放出による位相ゆらぎや外乱による周波数
ゆらぎなどの周波数雑音を除去することができる。

【０００４】一方、レーザ光源１０１の発振周波数が温
度などの影響により変動することがあり、このようなレ
ーザ光源１０１の発振周波数の変動を抑えるため、周波
数弁別装置１０６の発振周波数を参照周波数として、レ
ーザ光源１０１に負帰還制御を行なう。すなわち、周波
数弁別装置１０６により反射された一部の光を偏光ビー
ムスプリッタ１０４によって受光素子１０７に入射さ
せ、受光素子１０７からの信号をプリアンプ１０８によ
り増幅してダブルバランスドミキサ(ＤＢＭ)１０９に与
える。ダブルバランスドミキサ１０９では、プリアンプ
１０８からの信号を変調信号発生器１１０からの変調信
号(変調周波数)で復調し、フィルタ１１１によってレー
ザ光源１０１の発振周波数と周波数弁別装置１０６の共
振周波数すなわち参照周波数との誤差信号を得て、この
誤差信号をサーボ回路１１２に与え、サーボ回路１１２
により、レーザ光源１０１の発振周波数をフィードバッ
ク制御することができる。

【０００５】このようにして、単一縦モード発振のレー
ザ光源１０１の発振周波数を周波数弁別装置１０６の共
振周波数(参照周波数)にロックさせ、レーザ光源の発振
周波数の安定化を図ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の周波数安定化技術では、単一縦モードのレーザ
光源の周波数安定化しか行なうことができず、縦多モー
ド発振のレーザ光源の発振周波数の安定化を図ることが
できないという問題があった。

【０００７】本発明は、縦多モード発振のレーザ光源の
発振周波数の安定化を図ることの可能な発振周波数安定
化光装置およびレーザ装置を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項１乃至請求項３記載の発明では、
縦多モード発振するレーザ光源から出射した縦多モード
のレーザ光を位相変調あるいは周波数変調する変調手段
と、前記変調手段からのレーザ光が入射し、該入射光を
所定の共振周波数で共振させ周波数を弁別する周波数弁
別装置と、前記周波数弁別装置からの光を受光して受光
信号を生成する受光手段と、受光信号を復調する復調手
段と、復調した信号に基づき、前記レーザ光源の発振周
波数をフィードバック制御するサーボ手段とを有し、前
記復調手段とサーボ手段とによって前記レーザ光の縦多
モードの少なくとも１つのスペクトルを前記周波数弁別
装置の共振周波数にロックさせることにより、縦多モー
ド発振するレーザ光源の発振周波数を安定化させるよう
になっており、さらに、前記周波数弁別装置の内部には
非線形光学媒質が配置されており、該周波数弁別装置
は、周波数弁別機能とともに、該周波数弁別装置に入射
する光を基本波として、該基本波を非線形光学媒質によ
り波長変換する波長変換機能をも有している。これによ
り、レーザ光源の発振周波数を安定化させて、高効率に
基本波を発生させ、従って、変換波(例えば高調波)を高
効率に得ることができる。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】特に、請求項３記載の発明によれば、非線
形光学媒質の端面にミラーの働き(ファブリペロー共振
器の働き)をさせるため、本レーザ装置を組付けやすく
し、また、共振器部分を簡素化して装置の小型化を図る
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る発振周波数安定化装置の一実
施例を示す図である。図１を参照すると、この発振周波
数安定化装置は、レーザ光源１からのレーザ光が入射す
る光アイソレータ２と、光アイソレータ２からのレーザ
光を位相変調または周波数変調する光位相変調器(例え
ば電気光学変調器)３と、偏光ビームスプリッタ(ＰＢ
Ｓ)４と、λ／４板５と、周波数弁別装置６と、受光素
子７と、プリアンプ８と、ミキサ(例えばタブルバラン
スドミキサ(ＤＢＭ))９と、変調信号発生器(例えば高周
波電源)１０と、フェーズシフタ１１と、フィルタ１２
と、サーボ回路１３とを有している。

【００１６】このような構成では、前述した図２０の発
振周波数安定化装置と同様に、レーザ光源１から出射さ
れたレーザ光は、光アイソレータ２を介して光位相変調
器３に入射し、この光位相変調器３によって位相変調ま
たは周波数変調される。なお、この周波数変調は、変調
信号発生器１０からの変調信号を光位相変調器３に与え
ることによってなされる。このように位相変調または周
波数変調されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４，
λ／４板５を通過して周波数弁別装置６に入射する。こ
の際、周波数弁別装置６では、レーザ光をこの周波数弁
別装置６の共振周波数で共振させることによって、レー
ザ光の周波数を弁別して、レーザ光の自然放出による位
相ゆらぎや外乱による周波数ゆらぎなどの周波数雑音を
除去することができる。

【００１７】一方、レーザ光源１の発振周波数が温度な
どの影響により変動することがあり、このようなレーザ
光源１の発振周波数の変動を抑えるため、周波数弁別装
置６の発振周波数を参照周波数として、レーザ光源１に
負帰還制御を行なう。すなわち、周波数弁別装置６によ
り反射された一部の光を偏光ビームスプリッタ４によっ
て受光素子７に入射させ(例えば、周波数弁別装置６か
らの反射光の約半分のパワーの光を受光素子７に入射さ
せ)、受光素子７からの受光信号をプリアンプ８により
増幅してダブルバランスドミキサ(ＤＢＭ)９に与える。
ダブルバランスドミキサ９では、プリアンプ８からの信
号を変調信号発生器１０からの変調信号(変調周波数)で
復調する(同期検波する)。なお、図１の例では、変調信
号発生器１０からの信号の位相をフェーズシフタ１１で
制御してダブルバランスドミキサ９に与えている。

【００１８】このように、ダブルバランスドミキサ９に
よって、プリアンプ８からの信号を復調(同期検波)し、
フィルタ１２によって、レーザ光源１の発振周波数と周
波数弁別装置６の共振周波数すなわち参照周波数との誤
差信号を得て(すなわち、フィルタ１２が変調周波数よ
りも低い周波数の信号のみを透過するローパスフィルタ
である場合、ダブルバランスドミキサ９の出力信号のう
ち変調周波数よりも低い周波数の信号を誤差信号として
得て)、この誤差信号をサーボ回路１３に与えることが
できる。

【００１９】ところで、前述した従来の発振周波数安定
化装置では、レーザ光源が単一縦モード発振のものであ
るとし、従って、この場合には、レーザ光の単一の発振
周波数(モード)と周波数弁別装置の共振周波数(参照周
波数)との差によって誤差信号を得て、単一縦モード発
振のレーザ光の単一発振周波数(単一発振モード)を周波
数弁別装置の共振周波数(参照周波数)にロックさせ、単
一発振周波数の安定化を図ることができる。

【００２０】これに対し、本発明では、レーザ光源１が
縦多モード発振のものである場合を想定しており、この
場合、縦多モード発振のレーザ光の発振周波数(多モー
ド発振周波数)の安定化を図るため、本発明では、多モ
ードのうちの任意の１つのモードを参照周波数にロック
させるようにしている。

【００２１】より具体的には、参照周波数とこれに一番
近い発振モードとによって誤差信号を得ることができ
る。この場合、それ以外の発振モードは復調(同期検波)
されても誤差信号レベルが“０”となるため、見かけ
上、単一モードレーザの時と同じ形状の誤差信号が得ら
れることになる。この誤差信号をサーボ回路１３に与え
て、レーザ光源１にフィードバックすることによって、
多モードのうちの上記１つの発振モードを参照周波数に
ロックし、これによって、この１つの発振モードの発振
周波数を安定させることができる。また、この１つの発
振モードの周波数を安定させることによって、多モード
の残りの発振モードの周波数も同時に安定にさせること
ができる。

【００２２】なお、図１の発振周波数安定化装置におい
ては、偏光ビームスプリッタ４，λ／４板５を用いてい
るが、これらの部品のかわりに、図２に示すように、ハ
ーフミラー２１を用いることもできる。但し、図１のよ
うに偏光ビームスプリッタ４とλ／４板５とを用いる構
成の場合には、偏光ビームスプリッタ４からの偏光(例
えば紙面に垂直な直線偏光)をλ／４板５で円偏光にし
て周波数弁別装置６に入射させ、また、周波数弁別装置
６からの反射光を再びλ／４板５により紙面に平行な直
線偏光にして偏光ビームスプリッタ４で反射させ、受光
素子７に入射させるので、これによって、レーザ光を有
効に利用でき、受光素子７から十分な大きさの受光信号
を出力させることができる。

【００２３】また、図１，図２において、周波数弁別装
置６には、ファブリペロー共振器，掃引型ファブリペロ
ー共振器，ファブリペローエタロン，原子の吸収線など
を用いることができる。

【００２４】図３には、周波数弁別装置６にファブリペ
ロー共振器を用いた場合が示されている。ファブリペロ
ー共振器は、２つのミラー２３，２４によって構成され
ており、この２つのミラー２３，２４間が共振器として
機能するようになっている。すなわち、ミラー２３，２
４には、いずれも、この共振器の共振スペクトルに対し
て高反射のコーティングが施されている。周波数弁別装
置６にファブリペロー共振器を用いる場合、縦多モード
発振のレーザ光の縦モード間隔を仮に４００ＭＨ_Zとす
ると、ファブリペロー共振器の自由スペクトル間隔(Ｆ
ＳＲ)を厳密にレーザ光の縦モード間隔(４００ＭＨ_Z)の
整数分の１にすれば、レーザ光の全ての縦モードがそれ
ぞれに対応するファブリペロー共振器の共振モードに一
致することになる。

【００２５】なお、この際、レーザ光源１からのレーザ
光に対する変調周波数(光位相変調器３による変調周波
数)は、ファブリペロー共振器の自由スペクトル間隔よ
りも小さく、かつ、レーザ光の一つのモード周波数線幅
(半値幅)よりも大きくなければならない。例えば、レー
ザ光の一つの縦モード周波数線幅(半値幅)が１０ＭＨ_Z
であり、ファブリペロー共振器の自由スペクトル間隔が
１００ＧＨ_Zである場合、光位相変調器３による変調周
波数ｆは、次式の範囲に設定する必要がある。

【００２６】

【数１】１０ＭＨ_Z＜ｆ＜１００ＧＨ_Z

【００２７】また、図４には、周波数弁別装置６に掃引
形ファブリペロー共振器を用いた場合が示されている。
掃引形ファブリペロー共振器は、２つのミラー２３，２
４の一方のミラー２４が掃引手段(例えば圧電素子など
の微調整機能素子)２５によって矢印Ａの方向に可動に
構成されたファブリペロー共振器であって、ミラー２
３，２４には、図３のファブリペロー共振器のミラー２
３，２４と同様のコーティングが施されている。

【００２８】この掃引型ファブリペロー共振器では、一
方のミラー２４を矢印Ａの方向に掃引し、共振器長を変
えることによって、ファブリペロー共振器の共振周波数
を、縦多モード発振のレーザ光の一番大きな発振スペク
トルに容易に近づけることができる。すなわち、図３に
示したファブリペロー共振器の構成では、誤差信号が得
られた時、どの発振スペクトルが共振モードにロックし
たのかを判断するのが難かしい。これに対し、図４の掃
引型ファブリペロー共振器の構成では、まず、ミラー２
４を掃引して共振器長を変えながら(共振周波数を変化
させながら)、誤差信号の振幅が最大となる条件を探
し、その条件の近傍となったときに掃引を停止し、この
ときに、サーボ回路１３からのサーボ信号をレーザ光源
１に与えて、レーザ光源１の発振周波数を負帰還制御す
ることで、レーザ光の一番大きな発振モードを参照周波
数(共振モード)にロックすることが可能となる。

【００２９】なお、上述の構成例では、周波数弁別装置
６からの反射光を復調(同期検波)しているが、周波数弁
別装置６からの透過光を復調(同期検波)するようにして
も良い。

【００３０】また、図５には、周波数弁別装置６にエタ
ロンを用いる場合が示されており、エタロンを用いる場
合には、エタロンの角度θを調整することによって、共
振モードの自由スペクトル間隔を変えることができる。
これにより、装置の調整機構を簡素なものにすることが
できる。なお、エタロンを用いる場合には、エタロンか
らの透過光を受光素子７で受光し、復調している。

【００３１】周波数弁別装置６に、上述のようなファブ
リペロー共振器，掃引型ファブリペロー共振器，エタロ
ンなどが用いられる場合、前述のように、自由スペクト
ル間隔をレーザ光の縦モード間隔の整数分の１にする必
要があるが、これは以下のような仕方でなされる。

【００３２】すなわち、いま、共振器の自由スペクトル
間隔がレーザ光の縦モード間隔の整数分の１でない場
合、すなわち、例えば、レーザ光の縦モードｑ_mに着目
し、ｑ_mの周波数近傍に共振モード(共振周波数)があっ
たとすると、ｑ_mのスペクトルに限れば、この発振周波
数と共振モード(共振周波数)との周波数差に対して誤差
信号が図６(ａ)のように得られる。また、この場合、ｑ
_m+1モードについては、誤差信号は図６(ｂ)のようにな
る。なお、図６(ａ)，(ｂ)の誤差信号は、オープンルー
プ時(負帰還制御を行なっていない時)にミキサ９から出
力される信号のうち、変調周波数よりも低い周波数の信
号であるとしている。図６(ａ)，(ｂ)を比べればわかる
ように、自由スペクトル間隔がレーザの縦モード間隔の
整数分の１でないときには、ｑ_mとｑ_m+1のモードの誤差
信号は、若干異なったものとなる。

【００３３】これに対し、共振器の自由スペクトル間隔
が縦モード間隔の整数分の１に一致する場合には、ｑ_m
モードに関する誤差信号，ｑ_m+1モードに関する誤差信
号は、それぞれ図７(ａ)，(ｂ)のようになり、ｑ_mモー
ドに関する誤差信号とｑ_m+1モードに関する誤差信号と
は、同じ形状のものとなる(ｑ_m，ｑ_m+1の大きさが同じ
であれば、誤差信号も同じ値になる)。

【００３４】図８(ａ)には、レーザ光の縦モードの一例
が示されている。図８(ａ)の例では、レーザ光源１は、
５本の縦モードｑ_-2，ｑ_-1，ｑ₀，ｑ₊₁，ｑ₊₂で発振し
ているとし、また、モードｑ₀に比べて、モードｑ_-1，
ｑ₊₁のスペクトルのパワーは３ｄＢ小さく、モード
ｑ_-2，ｑ₊₂のスペクトルのパワーは６ｄＢ小さいものと
なっている。また、各々のモード間隔は５０ＧＨ_Zであ
り、各モードのスペクトル線幅は５０ＭＨ_Zとなってい
る。また、図８(ｂ)には、共振器の自由スペクトル間隔
ＦＳＲの一例が示されている。図８(ｂ)の例では、自由
スペクトル間隔は９．９９ＧＨ_Zであり、また、共振周
波数線幅は５０ＭＨ_Zとなっている。

【００３５】レーザ光の縦モード間隔，共振器の自由ス
ペクトル間隔ＦＳＲがそれぞれ図８(ａ)，(ｂ)に示すよ
うなものとなっているとした場合に、数値計算により誤
差信号を算出した。図９は各縦モードに対する誤差信号
の算出結果を示している。なお、実際には、フィルタ１
２から出力される誤差信号は、この装置においてレーザ
光のすべての縦モードが重ね合わせて処理されるため、
各々のモードに対する誤差信号の和となっている。従っ
て、実際には、図９の信号を観測することはできず、誤
差信号は、図９の信号の和をとり、図１０に示すものと
なる。この結果から、縦多モード発振するレーザの場合
でも、縦単一モードレーザにおけると同様に、誤差信号
が得られることがわかる。

【００３６】共振器が例えば図４に示したような掃引型
ファブリペロー共振器である場合には、ミラー２４を掃
引しながら共振器の共振周波数を変化させ、その自由ス
ペクトル間隔ＦＳＲを変化させる。共振器を掃引するこ
とにより前述のような誤差信号が得られる。さらに、注
入電流やケース温度を微調整することによってレーザ光
の発振波長(周波数)を変化させる。このように、共振器
を掃引して自由スペクトル間隔を変化させ、さらに、レ
ーザ光の発振波長(周波数)を調整し、自由スペクトル間
隔ＦＳＲがレーザ光の縦モード間隔の整数分の１になる
とき、誤差信号の振幅が最大となる。誤差信号が最大と
なるところで、共振器の掃引およびレーザ光の周波数掃
引を停止し、このときの誤差信号をサーボ回路１３に与
えてフィードバック信号に使う。

【００３７】このように、周波数弁別装置の自由スペク
トル間隔をレーザの縦モード間隔の整数分の１に一致さ
せるよう調整可能であるので、全ての発振モードが復調
(同期検波)によって誤差信号になり、従って、誤差信号
の振幅を大きくすることができ、発振周波数をより一層
確実に安定化することができる。すなわち、縦多モード
のレーザ光源の全ての発振周波数を共振周波数にロック
させることができて、縦多モードレーザの発振周波数の
安定化を図ることができ、さらには、多モードの全ての
発振スペクトル幅を狭いものにすることができる(各発
振スペクトルを尖鋭化することができる)。

【００３８】図１１は本発明に係るレーザ装置の構成例
を示す図である。このレーザ装置では、図１あるいは図
２の発振周波数安定化装置において、周波数弁別装置６
が、周波数弁別機能の他に、さらに波長変換機能を備え
たものとして構成されている。すなわち、このレーザ装
置は、上述したようなレーザ光源１の発振周波数の安定
化を図り、レーザ光源１から出射される発振周波数の安
定したレーザ光の波長を変換して出力する機能を有して
いる。このため、この周波数弁別装置６内には、波長変
換部９０が設けられている。

【００３９】図１２は図１１のレーザ装置の具体例を示
す図である。この例では、周波数弁別装置６は、２つの
ミラー２３，２４によって画定されるファブリペロー共
振器(例えば掃引型ファブリペロー共振器)と、ファブリ
ペロー共振器内に配置されている非線形光学媒質３０と
により構成されており、２つのミラー２３，２４によっ
て画定されるファブリペロー共振器自体がレーザ光源１
の発振周波数の安定化を図る機能を有するとともに、こ
の共振器に入射するレーザ光を基本波とし、この基本波
のスペクトルを共振器により共振器内に蓄積させて、非
線形光学媒質３０によりこの基本波の波長を変換して
(例えば高周波を発生させて)出射する波長変換機能をも
有している。

【００４０】このため、ファブリペロー共振器の２つの
ミラー２３，２４には、基本波となる発振スペクトルに
対しては高反射のコーティングが施され、また、出力側
のミラー２４には、波長変換波(例えば高調波)に対して
は高透過となるコーティングが施されている。

【００４１】このような構成のレーザ装置では、レーザ
光源１から出射されたレーザ光は、光アイソレータ２，
光位相変調器(例えば電気光学変調器)３，ハーフミラー
２１を介して周波数弁別装置６に基本波として入射す
る。周波数弁別装置６が図１２の例のようにファブリペ
ロー共振器とファブリペロー共振器内に配置された非線
形光学媒質３０とにより構成されている場合、レーザ光
源１からのレーザ光がファブリペロー共振器に基本波と
して入射すると、この基本波のスペクトルはファブリペ
ロー共振器内に蓄積される(基本波の光強度が共振によ
って高められて共振器の共振周波数(共振スペクトル)を
もつ基本波として蓄積される)。このようにファブリペ
ロー共振器内に蓄積されている基本波は、非線形光学媒
質３０によって波長変換され、非線形光学媒質３０から
は例えば高調波が発生する。この高調波は、ファブリペ
ロー共振器の他方のミラー２４を透過して出射される。

【００４２】また、このファブリペロー共振器内に蓄積
されている基本波(共振器の共振周波数をもつ基本波)
は、例えば、一方のミラー２３から僅かに漏れ、反射光
としてハーフミラー２１に戻り、ハーフミラー２１から
受光素子７に入射する。この基本波の反射光を利用し
て、前述の発振周波数安定化装置と同様に、レーザ光源
１の発振周波数を安定化させることができる(レーザ光
源１の発振周波数をファブリペロー共振器内の基本波の
共振周波数にロックすることができる)。これによっ
て、ファブリペロー共振器内に基本波を効率良く入射さ
せて蓄積し、高調波を効率良く発生させることができる
(高パワーの高調波を発生させることができる)。

【００４３】なお、図１１，図１２のレーザ装置は図２
の発振周波数安定化装置と対応したものとなっており、
ハーフミラー２１が用いられているが、ハーフミラー２
１のかわりに、偏光ビームスプリッタ４，λ／４板５を
用いることもできる。

【００４４】図１３は偏光ビームスプリッタ４，λ／４
板５を用いたレーザ装置の具体例を示す図であり、図１
の発振周波数安定化装置と対応したものとなっている。
なお、この場合、非線形光学媒質３０を基本波に対して
λ／２板として機能させるため(基本波が非線形光学媒
質３０を往復するとき全波長板として機能させるた
め)、図１３のレーザ装置では、温度調節装置３１によ
り非線形光学媒質３０を温度コントロールしている。す
なわち、一般に、非線形光学媒質３０には複屈折結晶が
用いられることにより、非線形光学媒質３０に入射した
光の偏光状態を維持することができず、非線形光学媒質
３０によって光の偏光状態は楕円偏光になる。ところ
で、非線形光学結晶の屈折率は温度依存性があるため、
非線形光学結晶を最適な温度に設定することによって、
結晶を所望の波長板として機能させることが可能であ
る。従って、基本波が非線形光学結晶を往復するときに
非線形光学結晶が全波長板として機能するような温度に
この非線形光学結晶の温度を設定すれば、非線形光学結
晶に入射するときの偏光状態を保って、基本波の反射光
をλ／４板５に戻すことができる。これにより、この基
本波の反射光は、λ／４板５，偏光ビームスプリッタ４
から受光素子７に入射する際、その光強度が差程減少せ
ず、従って、充分な光強度の基本波を用いて発振周波数
の安定化を信頼性良く行なうことができ、これによっ
て、基本波を共振器内に効率良く入射させて蓄積し、高
調波を効率良く発生することができる。

【００４５】このようなレーザ装置については、さらに
種々の変形が可能である。例えば、図１４の装置では、
非線形光学媒質３０の両端面に、基本波に対して高反射
のコーティング膜３５ａ，３５ｂを施して、このコーテ
ィング膜３５ａ，３５ｂをファブリペロー共振器のミラ
ーとして機能させるようにしている。なお、必要であれ
ば、非線形光学媒質３０の両端面を曲面形状に研磨する
こともできる。また、非線形光学媒質３０の温度を調整
する温度調整装置３１を掃引装置３４によって制御し、
温度を変化(掃引)させて非線形光学媒質３０に掃引形フ
ァブリペロー共振器としての機能をもたせることもでき
る。但し、図１４の装置では、偏光ビームスプリッタ
４，λ／４板５を用いることは一般的にはできない。

【００４６】上述の発振周波数安定化装置，レーザ装置
の各実施例，構成例において、レーザ光源１としては、
例えば縦多モード発振の半導体レーザ(ＬＤ)を用いるこ
とができる。図１５にはレーザ光源１に縦多モード発振
の半導体レーザを用いる場合が示されている。なお、図
１５において、符号３３はＬＤ駆動回路である。レーザ
光源１に半導体レーザを用いる場合、半導体レーザは、
これへの注入電流を変調することによって位相変調(周
波数変調)することが可能である。従って、図１５の例
では、変調信号発生器１０からの変調信号により半導体
レーザ１への注入電流を変調し、半導体レーザ１から出
射される光の位相変調あるいは周波数変調を行なってお
り、これにより、図１５の構成では、半導体レーザ１自
体で変調機能を実現でき、光位相変調（電気光学変調
器)３が不要になる。すなわち、図１５の例では、サー
ボ回路１３からのサーボ信号をＬＤ駆動回路３３に与
え、半導体レーザ１の注入電流の直流成分をこのサーボ
信号により負帰還制御(フィードバック制御)することに
よって発振周波数の安定化を図ることができる。

【００４７】また、レーザ光源１としては、前述したよ
うに、外部に光変調器３を配置すれば、半導体レーザ以
外のものを用いることもできる。

【００４８】また、上述の各実施例，各構成例では、レ
ーザ光源(例えば半導体レーザ)に縦多モード発振するも
のを用いる場合について説明したが、レーザ光源(例え
ば半導体レーザ)に従来のように単一モード発振するも
のが用いられる場合にも、同様にして本発明を適用する
ことができ、同様に、単一モード発振周波数を安定化さ
せることができる。但し、上述の各実施例，構成例のよ
うに、レーザ光源(例えば半導体レーザ)に縦多モード発
振のものを用いる場合には、単一縦モード発振のレーザ
光源に比べてパワーが大きく、しかも、発振スペクトル
を全て対応する外部共振器の共振周波数にロックさせる
ことが可能なので、波長変換を行なわせる場合、波長変
換を高効率に行なうことができ、高パワーの変換波(高
周波)を得ることができる。

【００４９】また、上述の各実施例，構成例では、受光
素子７からの信号をプリアンプ８で増幅しているが、プ
リアンプ８は、必ずしも必要とされず、場合に応じ、こ
れを省略することもできる。

【００５０】また、図１乃至図５の発振周波数安定化装
置において、レーザ光源１からのレーザ光を出力光とし
て取出すには、以下のような種々の仕方がある。

【００５１】すなわち、レーザ光源１が半導体レーザチ
ップである場合には、図１６に示すように、この半導体
レーザチップ１からは、その両端面１ａ，１ｂからレー
ザ光が出射されるので、一方の端面１ａからのレーザ光
を発振周波数の安定のために用い、他方の端面１ｂから
のレーザ光をそのまま出力させ、これを安定化されたレ
ーザ光として取り出し、利用することができる。

【００５２】また、レーザ光源１が半導体レーザチップ
以外のレーザである場合、このレーザ光源１の出射端面
は１ヶ所であるので、図１６に示したような取り出し方
はできない。従って、この場合には、レーザ光源１から
のレーザ光を、図１７に示すように例えばレーザ光源１
と光アイソレータ２との間に配置したハーフミラー４１
などで分配させてそのまま出力させるか、あるいは、図
１８に示すように図２の構成例におけるハーフミラー２
１で分配させて、そのまま出力させ、これを安定化され
たレーザ光として利用することができる。

【００５３】また、周波数弁別装置６に、図５に示した
ようなファブリペローエタロンや図３に示したようなフ
ァブリペロー共振器を用いる場合には、この周波数弁別
装置６からの出力光を取り出して利用することもでき
る。すなわち、例えばファブリペロー共振器のミラー２
３，２４のいずれにも、レーザ光に対して高反射のコー
ティングが施されている場合、共振器内部，ミラー内部
さらにはコーティング内部でレーザ光の損失(吸収)がな
ければ、レーザ光の発振周波数と共振周波数とが一致す
るとき、ファブリペロー共振器の透過率は“１”に近い
値となり、図１９に示すようにファブリペロー共振器か
らの透過光（出力光）を、安定化されたレーザ光として
利用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項３記載の発明によれば、縦多モード発振するレーザ
光源から出射した縦多モードのレーザ光を位相変調ある
いは周波数変調する変調手段と、前記変調手段からのレ
ーザ光が入射し、該入射光を所定の共振周波数で共振さ
せ周波数を弁別する周波数弁別装置と、前記周波数弁別
装置からの光を受光して受光信号を生成する受光手段
と、受光信号を復調する復調手段と、復調した信号に基
づき、前記レーザ光源の発振周波数をフィードバック制
御するサーボ手段とを有し、前記復調手段とサーボ手段
とによって前記レーザ光の縦多モードの少なくとも１つ
のスペクトルを前記周波数弁別装置の共振周波数にロッ
クさせることにより、縦多モード発振するレーザ光源の
発振周波数を安定化させるようになっており、さらに、
前記周波数弁別装置の内部には非線形光学媒質が配置さ
れており、該周波数弁別装置は、周波数弁別機能ととも
に、該周波数弁別装置に入射する光を基本波として、該
基本波を非線形光学媒質により波長変換する波長変換機
能をも有しているので、レーザ光源の発振周波数を安定
化させて、高効率に基本波を発生させ、従って、変換波
(例えば高調波)を高効率に得ることができる。

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】特に、請求項３記載の発明によれば、非線
形光学媒質の端面にミラーの働き(ファブリペロー共振
器の働き)をさせるため、本レーザ装置を組付けやすく
し、また、共振器部分を簡素化して装置の小型化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発振周波数安定化装置の一実施例
を示す図である。

【図２】図1の発振周波数安定化装置の変形例を示す図
である。

【図３】周波数弁別装置にファブリペロー共振器を用い
た発振周波数安定化装置を示す図である。

【図４】周波数弁別装置に掃引形ファブリペロー共振器
を用いた発振周波数安定化装置を示す図である。

【図５】周波数弁別装置にエタロンを用いた発振周波数
安定化装置を示す図である。

【図６】誤差信号を示す図である。

【図７】誤差信号を示す図である。

【図８】レーザ光の縦モード，共振器の自由スペクトル
間隔を示す図である。

【図９】誤差信号の計算結果を示す図である。

【図１０】誤差信号の計算結果を示す図である。

【図１１】本発明に係るレーザ装置の構成例を示す図で
ある。

【図１２】図１１のレーザ装置の具体例を示す図であ
る。

【図１３】図１１，図１２のレーザ装置の変形例を示す
図である。

【図１４】レーザ装置の変形例を示す図である。

【図１５】レーザ光源に半導体レーザを用いる場合の構
成例を示す図である。

【図１６】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。

【図１７】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。

【図１８】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。

【図１９】レーザ光源からのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。

【図２０】従来の発振周波数安定化装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１レーザ光源２光アイソレータ３光位相変調器４偏光ビームスプリッタ５ λ／４板６周波数弁別装置７受光素子８プリアンプ９ダブルバランスドミキサ１０変調信号発生器１１フェーズシフタ１２フィルタ１３サーボ回路２１ハーフミラー２３，２４ミラー２５掃引手段３０非線形光学媒質３３ＬＤ駆動回路３５ａ，３５ｂ高反射のコーティング膜９０波長変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/37 H01S 3/00 - 3/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】縦多モード発振するレーザ光源から出射
した縦多モードのレーザ光を位相変調あるいは周波数変
調する変調手段と、前記変調手段からのレーザ光が入射
し、該入射光を所定の共振周波数で共振させ周波数を弁
別する周波数弁別装置と、前記周波数弁別装置からの光
を受光して受光信号を生成する受光手段と、受光信号を
復調する復調手段と、復調した信号に基づき、前記レー
ザ光源の発振周波数をフィードバック制御するサーボ手
段とを有し、前記復調手段とサーボ手段とによって前記
レーザ光の縦多モードの少なくとも１つのスペクトルを
前記周波数弁別装置の共振周波数にロックさせることに
より、縦多モード発振するレーザ光源の発振周波数を安
定化させるようになっており、さらに、前記周波数弁別
装置の内部には非線形光学媒質が配置されており、該周
波数弁別装置は、周波数弁別機能とともに、該周波数弁
別装置に入射する光を基本波として、該基本波を非線形
光学媒質により波長変換する波長変換機能をも有してい
ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】請求項１記載のレーザ装置において、前
記周波数弁別装置は、２つのミラーによって構成された
ファブリペロー共振器を備え、ファブリペロー共振器を
構成する２つのミラー間に非線形光学媒質が配置された
構成となっていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】請求項１記載のレーザ装置において、前
記周波数弁別装置は、非線形光学媒質の両端面に基本波
に対して高反射コーティングを施した構成のものとなっ
ていることを特徴とするレーザ装置。