JP3969666B2 - 波長可変レーザー装置 - Google Patents
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Description
(1)安定な周波数基準にロックしたまま、レーザー周波数を変化させることができる。
(2)この波長安定化レーザー装置では、大型で高価な波長計を用いないため、小型でコストを安くすることができる。
(3)この波長可変レーザー装置においては、周波数の制御はすべて電気的に行うことができるので、取り扱いが容易で、かつ高い周波数の安定化が可能である。
(1)長時間ファブリ・ペロー共振器の共振器長を安定化することができ、長時間安定な周波数基準を得ることができる。
(2)レーザー光発生手段に変調信号を印加していないので、レーザー周波数の安定度が高い。
(1)第1の発明は、レーザー光の周波数を、目的とする原子・分子の共鳴周波数に安定化する構成に関するものであり、第1の実施の形態、第2の実施の形態がこれに該当する。
(2)第2の発明は、周波数基準にロックしたまま、波長可変レーザー光の周波数を広い帯域で連続的に変化させる構成に関するものであり、第3の実施の構成がこれに該当する。
(3)第3の発明は、波長可変レーザー光の周波数を測定するものであり、第4の実施の形態、第5の実施の形態がこれに該当する。また、第4の実施の形態は、波長可変レーザー光の周波数を計測するものである。第5の実施の形態は、波長可変レーザー光の周波数が連続的に変化する範囲において、絶対周波数が分かるものである。
(4)第4の発明は、原子・分子のそれぞれの吸収帯の周波数差を正確に求めるものであり、第6の実施の形態がこれに該当する。
(5)第5の発明は、上述の(1)〜(4)の発明で得られる連続発振の波長可変レーザー光を利用して、それと同程度に精密に周波数制御されたパルスレーザー光を得る構成に関するものであり、第7の実施の形態がこれに該当する。
図1に、本発明に係る波長可変レーザー装置の第1の実施の形態を示す。この図において、波長可変レーザー装置1は、大別して、レーザー光発生手段3と、光変調手段5と、周波数標準手段7及び補助部品9とから構成されている。
(1)レーザー光発生手段3が発振しうる任意の周波数において、レーザー周波数の安定化が可能である。
(2)レーザー光発生手段3に変調信号を印加していないので、レーザー周波数の安定度が高い。
(3)安定な周波数基準にロックしたまま、レーザー周波数を変化させることができる。
(4)この波長安定化レーザー装置1では、大型で高価な波長計を用いないため、小型でコストを安くすることができる。
(5)この波長可変レーザー装置1においては、周波数の制御はすべて電気的に行うことができるので、取り扱いが容易で、かつ高い周波数の安定化が可能である。
図3に、本発明の第2の実施の形態を示す。この図において、第2の実施の形態では、レーザー光発生手段3から出射したレーザー光を、光アイソレータ91、ミラー92、93、周波数標準手段7の偏光ビームスプリッタ73を通して、ファブリ・ペロー共振器71に入射するとともに、周波数標準手段7の安定化ヘリウム−ネオンレーザー70から出射したレーザー光を光変調手段5、偏光ビームスプリッタ37を通してファブリ・ペロー共振器71に入射するようにしたものである。したがって、レーザー光発生手段3から出射するレーザー光にはサイドバンドは発生せず、安定化ヘリウム−ネオンレーザー70から出射した周波数標準レーザー光にサイドバンドVL1,VH1が発生することになる。また、第2の実施の形態と第1の実施の形態では、光変調手段5の配置位置のみが異なるだけであり、他の構成要素は第1の実施の形態と全く同一であるので、第1の実施の形態と同一符号を付して構成の説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施の形態を図1及び図4を参照しながら説明する。図4に、同第3の実施の形態の動作を説明するための図を示し、その横軸に時間tをとっている。また、図4(1)には回折格子33の角度を制御するための圧電素子ドライバ364の電圧を、図4(2)には光変調手段5に印加される変調周波数を、図4(3)にフォトダイオード38の信号量を、図4(4)の(a)〜(d)にフォトダイオード38の時間軸上の状態を、それぞれとっている。
図5に、本発明の第4の実施の形態の波長可変レーザー装置を示す。この図に示す第4の実施の形態に係る波長可変レーザー装置1aは、レーザー光発生手段3aと、光変調手段5aと、周波数標準手段7aと、補助部品9aと、マイケルソン干渉計11とからなる。
f2=(n2/n1)・f1
この第4の実施の形態において、発振周波数の測定精度は、単軸ロボット113の精密さやミラー114の移動距離等により決まるが、それほど正確ではなくても、第1、第2の実施例で述べたように、レーザー周波数の同調や安定化には全く問題がない。また、第4の実施の形態では、レーザー光発生手段3aからのレーザー光の精密な周波数制御や安定化の方法として、第1の実施の形態を用いているが、第2の実施の形態を用いてもよい。
図6に、本発明の第5の実施の形態を示す。この図に示す第5の実施の形態は、第1の実施の形態に、周波数可変レーザー光と周波数標準レーザー光との周波数差を求めて圧電素子ドライバ364及び高周波発生器56を制御可能にする第3の制御系13を付加したものである。したがって、この第5の実施の形態では、第3の制御系のみを説明し、他の構成要素は第1の実施の形態と全く同様であるので説明を省略する。
次に、本発明の第6の実施の形態を図1及び図7を参照しながら説明する。図7に、同第6の実施の形態の動作を説明するための図を示す。この図7の横軸に周波数νを示し、また、図7(a)に原子・分子の2つの吸収帯A,Bの光共鳴周波数νA 、νB を、図7(b)にファブリ・ベロー共振器の共振モードを、図7(c)にレーザー光発生手段3から出射するレーザー光のキャリア及びサイドバンドをそれぞれ示す。
νB −νA =fm1+fm2+fFSR ×(n−1)
ただし、fFSR はファブリ・ペロー共振器71のFSRである。
νB −νA =fm1 −fm2+fFSR×n
fFSR /2<f1 ≦fFSR かつf2 ≦fFSR/2の場合、
νB −νA =−fm1 +fm2+fFSR×n
で求めることができる。
νB −νA =−fm1−fm2+fFSR ×(n+1)
このようにすれば、吸収帯A、吸収帯Bとの周波数差(νB −νA )を算出することができる。
この第7の実施の形態は、図1〜図7に基づいて説明された第1〜第6の実施の形態あるいは図示していない請求項1〜6記載の発明にかかる波長可変レーザー装置1を用い、パルスレーザー光を出力するようにしたものである。
3 レーザー光発生手段
5,5a 光変調手段
7,7a 周波数標準手段
9 補助部品
11 マイケルソン干渉計
13 第3の制御系
30 半導体レーザー
31、32 レンズ
33 回折格子
34 ミラー
35 回折格子駆動機構
36 第1の制御系
37、73 偏光ビームスプリッタ
38、74 フォトダイオード
39 半導体レーザー電源
40 ペルチェ電源
41 レーザー光源
71 ファブリ・ペロー共振器
72 第2の制御系
Claims (6)
- シングルモードでかつ周波数可変のレーザー光を発生するレーザー光発生手段と、前記レーザー光発生手段からのレーザー光を変調周波数で変調することによりキャリア並びに当該キャリアの高周波側及び低周波側にサイドバンドの発生したレーザー光にする光変調手段と、共振器長が安定なファブリ・ペロー共振器からなり前記光変調手段からのサイドバンドを安定な周波数標準にロックする周波数標準手段とを備え、前記光変調手段に印加する前記変調周波数を変化させ、該変調周波数の変化に追随して前記レーザー光発生手段の発振周波数の制御パラメータが変化して前記キャリアの周波数が変化する際に、前記制御パラメータが逆方向に変化しないように設定され、他方のサイドバンドにロックが移行することにより前記高周波側サイドバンドと前記低周波側サイドバンドとを交互に前記安定な周波数標準にロックすることを特徴とする波長可変レーザー装置。
- 前記周波数標準手段は、絶対周波数が既知である周波数のレーザー光を発生する周波数安定化レーザー光発生装置と、この周波数安定化レーザー光発生装置からのレーザー光にロックすることにより共振器長が安定化されたファブリ・ペロー共振器とを用いたことを特徴とする請求項1記載の波長可変レーザー装置。
- シングルモードでかつ周波数可変のレーザー光を発生するレーザー光発生手段と、前記レーザー光発生手段からのレーザー光を変調周波数で変調することによりキャリア並びに当該キャリアの高周波側及び低周波側にサイドバンドの発生したレーザー光にする光変調手段と、絶対周波数が既知である周波数のレーザー光を発生する周波数安定化レーザー光発生装置及び前記周波数安定化レーザー光発生装置からのレーザー光にロックすることにより共振器長が安定化されたファブリ・ペロー共振器からなり前記光変調手段からのサイドバンドを安定な周波数標準にロックする周波数標準手段と、前記レーザー光発生手段及び周波数安定化レーザー光発生装置からの各レーザー光を取込み、前記レーザー光発生手段からのレーザー光の周波数を測定する周波数測定装置とを備え、前記光変調手段に印加する前記変調周波数を変化させ、該変調周波数の変化に追随して前記レーザー光発生手段の発振周波数の制御パラメータが変化して前記キャリアの周波数が変化する際に、前記制御パラメータが逆方向に変化しないように設定され、他方のサイドバンドにロックが移行することにより前記高周波側サイドバンドと前記低周波側サイドバンドとを交互に前記安定な周波数標準にロックすることを特徴とする波長可変レーザー装置。
- 前記周波数測定装置は、マイケルソン干渉計であることを特徴とする請求項3記載の波長可変レーザー装置。
- 前記レーザー光発生手段からの周波数可変のレーザー光と、前記周波数安定化レーザー光発生装置からの絶対周波数が既知のレーザー光とを干渉させて、そのビート周波数によりお互いの周波数差を求める手段を付加したことを特徴とする請求項2記載の波長可変レーザー装置。
- 請求項1から5のいずれかに記載の波長可変レーザー装置からの出力レーザー光を、色素レーザーや固体レーザー等の高出力パルス発振が可能で周波数可変のレーザー光発生装置にインジェクションシーディングを行うことを特徴とする波長可変レーザー装置。
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