JPH04260385A - インジェクションロック同調制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、インジェクションロッ
ク法を用いたレーザ共振器の同調制御装置に関するもの
である。

【０００３】

【従来の技術】一般に、パルス励起レーザ発振装置は、
レーザ共振器の光学的共振器長によって決まる複数の共
振周波数で同時発振する。これを、単一の周波数で発振
させるために、いくつかの方法が行われているが、その
１つにインジェクションロック法がある。

【０００４】このインジェクションロック法を用いたレ
ーザ共振器は、親となるレーザ（以下、マスターレーザ
と称す）と子となるレーザ共振器とを組み合わせ、マス
ターレーザからの弱い種となるレーザ光を子となるレー
ザ共振器に送り、子となるレーザ共振器の強力なレーザ
励起領域のゲインを用いて、マスターレーザ光と同質の
強力なレーザ光を得るものである。

【０００５】図６に、従来から用いられているインジェ
クションロック方式のレーザ共振器の一例を示した。即
ち、予め単一周波数発振させたマスターレーザ１の光は
、減衰器２によって必要な強度に調整され、インジェク
ションミラー４によって、子となるレーザ共振器のゲイ
ン５内に注入される。この注入されたマスターレーザの
光を種として、パルスレーザー発振を成長させ、強力な
レーザ光を得るようにしたものである。

【０００６】上記の様に、インジェクションロック方式
のレーザ共振器は、マスターレーザの周波数で定まる周
波数で発振を行わせることができる。このとき、マスタ
ーレーザの発振周波数と、子となるレーザ共振器の共振
器長によって定まる共振周波数が一致（同調）している
必要がある。このため、レーザ共振器の同調状態を検出
する検出器８と、検出された偏光方向信号に基づいてレ
ーザ共振器の光学的長さを制御するためのフィードバッ
ク機構９及びフィードバック信号に従ってレーザ共振器
の光学的長さを調節する共振器長調節機構１０から成る
インジェクションロック同調制御装置が設けられ、同調
を制御することができるように構成されている。

【０００７】また、前記同調状態の検出方法としては、
パワーメータにより、マスターレーザの強度と出力光の
強度とを測定して共振状態を調べる方法や、パルス励起
を行ってから発振が開始するまでの時間が同調時に最小
になることを利用した方法が用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様なインジェクションロック同調制御装置には、以下に
述べる様な解決すべき課題があった。即ち、前者は同調
検出を非発振時に行うため、発振状態での同調状態とは
必ずしも一致しないという問題があり、また、後者は、
同期のために発振遅延時間を用いているため、同調時と
離調時の発振遅延時間の差が、少なくともジッタ（発振
遅延時間のばらつき）よりも十分に大きくなるようにし
なければならず、共振器の構成、注入するインジェクシ
ョン光の強度に大きな制約を受けると共に、同調制御時
のジッタが大きくなってしまうといった欠点があった。

【０００９】本発明は、上記の様な従来技術の欠点を解
消するために提案されたものであり、その目的は、実レ
ーザパルスを用いた同期検出で、ジッタを小さくするこ
とができるインジェクションロック同調制御装置を提供
することにある。

【００１０】［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、インジェクシ
ョンロック法を用いたレーザ共振器に配設される同調制
御装置であって、レーザ共振器の光学的長さ又はマスタ
ーレーザの発振周波数を制御する信号を送出するフィー
ドバック機構と、この制御信号によりレーザ共振器の光
学的長さ又はマスターレーザの発振周波数を調節する調
節機構を備えたインジェクションロック同調制御装置に
おいて、前記制御信号が、レーザエネルギーとピーク強
度の比に基づいて送出されるものであることを特徴とす
るものである。

【００１２】

【作用】以上の構成を有する本発明のインジェクション
ロック同調制御装置によれば、インジェクションロック
の非同調時には、レーザエネルギーに対するピーク強度
が大きくなることに基づいて、共振器長あるいはマスタ
ーレーザの発振周波数を微小変化させることにより、容
易に同調状態を保つことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図５に基
づいて具体的に説明する。なお、図６に示した従来型と
同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

【００１４】本実施例においては、図１に示した様に、
出力ミラー６の背面側にビームスプリッタ２０が設けら
れ、その反射光をジュールメーター２１と波形測定器２
２によって測定するように構成されている。なお、ジュ
ールメーター２１は前記反射光のエネルギーを測定する
ものであり、一方、波形測定器２２は反射光のピークパ
ワーを測定するものである。

【００１５】また、前記ジュールメーター２１の出力は
、ＡＤコンバーター２３を介して、計算機２４に送られ
るように構成され、一方、波形測定器２２の出力は、デ
ジタイザー２５を介して、計算機２４に送られるように
構成されている。さらに、計算機２４より出力される制
御信号が、ピエゾコントローラー２６を介して、レーザ
共振器のリアミラー７に取付けられたピエゾ素子２７に
送られるように構成されている。

【００１６】なお、前記計算機２４は、波形測定器２２
より送られる波形データの強度信号のピーク値を求め、
これとジュールメーター２１より送られるレーザエネル
ギーデータとの比較を行うように構成されている。そし
て、非同調時には、レーザエネルギーに対するピーク強
度が大きくなることに基づいて、共振器長を微小変化さ
せるようにピエゾコントローラー２６に制御信号を出し
、ピエゾ素子２７を用いて共振器長を微小変化させるよ
うに構成されている。

【００１７】ここで、共振器長を変化させたときのマス
ターレーザ光及び自然放出光の共振器内での強度変化を
、図２を参照して説明する。即ち、自然放出光のスペク
トル幅は、図２（Ａ）に示した様に、　　　　　　　　
　　ｆ＝２×共振器長／光速　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）で決ま
る共振器の共振周波数に対して十分に広いため、共振器
長に関係なく強度は一定である。これに対し、注入され
たマスターレーザ光は、マスターレーザー周波数と共振
器長によって決まる共振周波数とが一致した時に最大と
なる様な曲線を描く。この様に、注入されたマスターレ
ーザ光が共振して強め合い、自然放出光の強度を上回っ
たときに同調状態となり、レーザ共振器は注入されたマ
スターレーザ光を種に発振を成長させる。この時、子と
なるレーザ共振器の発振周波数は、マスターレーザの発
振周波数に一番近い（１）式によって決まるレーザ共振
器の縦モード周波数で発振するため、図２（Ｂ）に示し
た様に、スムーズな波形となる。

【００１８】一方、レーザ共振器の共振周波数とマスタ
ーレーザ光の周波数の差が大きくなると、非同調状態と
なり、マスターレーザ光よりも自然放出光の強度が上回
り、自然放出光を種に発振が成長するようになる。この
ときは通常のマスターレーザを注入していないときと同
じく、多くの縦モードで同時発振し、出力光は図２（Ｃ
）に示した様なビート波形になる。また、インジェクシ
ョン光の強度が十分に大きく、非同調時でもマスターレ
ーザ光が自然放出光の強度を上回る場合においても、レ
ーザ共振器はマスターレーザの発振周波数に一番近い２
つの縦モードで同時発振するため、同様にビート波形と
なる。

【００１９】また、図２（Ｂ）（Ｃ）に示した様に、同
調時と非同調時とでは、同じレーザエネルギーにおける
ピーク強度が異なり、非同調時のピーク強度Ｗｂの方が
同調時のピーク強度Ｗａより大きくなる。本発明のイン
ジェクションロック同調制御装置は、この点に着目して
なされたものである。

【００２０】上記の様な構成を有する本実施例のインジ
ェクションロック同調制御装置は、以下に述べる様に作
用する。即ち、マスターレーザー光は減衰器２により必
要な強度に弱められ、インジェクションミラー４により
、レーザ共振器内に注入される。この光を種にパルスレ
ーザの発振が行われる。そして、出力ミラー６により取
り出された光は、ビームスプリッタ２０によりその一部
が反射され、この反射光がジュールメーター２１及び波
形測定器２２によって検出される。

【００２１】前述した様に、レーザエネルギーの測定は
ジュールメーター２１によって行われ、ＡＤコンバータ
ー２３によってデジタル化された計測値が計算機２４に
送られる。一方、ピークパワーの測定は波形測定器２２
によって行われ、デジタイザー２５によってデジタル信
号化された波形データが計算機２４に送られる。

【００２２】計算機２４は、この波形データの強度信号
のピーク値を求め、これとエネルギーデータとの比較を
行い、これらの比が大きい時は、レーザ共振器の共振器
長を微小変化させるようにピエゾコントローラー２６に
制御信号を出し、ピエゾ素子２７を用いて共振器長を微
小変化させる。その後、再びこれらの比を測定し、比の
値が小さくなれば同じ方向に、大きくなれば反対方向に
共振器長を微小変化させて、同調状態を保つことができ
るようにしている。

【００２３】この様に、本実施例のインジェクションロ
ック同調制御装置によれば、波形データのピーク強度と
レーザエネルギーの比に基づいて、共振器長を微小変化
させることにより、常に同調状態に保つことができるよ
うに制御することができる。また、同調に発振遅延時間
を用いていないため、ジッタを小さくすることができ、
同調率の高い、高精度の制御が可能となる。

【００２４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、出力エネルギーの安定したレーザ共振
器においては、図３に示した様に、レーザエネルギーを
計測するためのジュールメーター及びＡＤコンバーター
を省略しても良い。出力エネルギーの安定したレーザ共
振器では、その都度レーザエネルギーを測定しなくても
、ピーク強度の変化によって同調状態を知ることができ
るからである。

【００２５】また、図４に示した様に、計算機２４より
送出される制御信号を、マスターレーザ１に配設したマ
スターレーザ発振周波数安定化装置３０に送り、マスタ
ーレーザの発振周波数を制御することにより、同調制御
を行うように構成しても良い。即ち、図１に示した実施
例と同様にして、ピーク強度とレーザエネルギーの比を
検出して、この比の値が大きくなった場合には、マスタ
ーレーザ発振周波数安定化装置３０に制御信号を送り、
マスターレーザ１の発振周波数を微小変化させる。この
場合も、上記実施例と同様の効果が得られる。

【００２６】さらに、本発明は、図５に示した様に、Ｑ
スイッチを有するインジェクションロック方式のレーザ
共振器に適用することもできる。このＱスイッチを有す
るレーザ共振器は、共振器の損失を大きく保った状態か
ら急激に損失を低減させて、急激にレーザを成長させ、
高い発振出力を得ることができるようにしたものである
。即ち、レーザ共振器を構成するリアミラー７とゲイン
５との間に、ポッケルスセル３１とポラライザー３２を
順次配設する。そして、放電開始から反転分布数が最大
となるまでの一定時間は、ポッケルスセル３１に偏光方
向をλ／４だけ回転させるような電圧を印加する。

【００２７】これによって、放電部で生成されたレーザ
光は、ポラライザー３２で直線偏光にされた後、ポッケ
ルスセル３１でλ／４回転し、リアミラーで反射され、
再度ポッケルスセル３１でλ／４回転することによって
、元の直線偏光からλ／２回転した直線偏光（即ち、入
力光に対して直交した成分の直線偏光）となるため、ポ
ラライザー３２によって完全に遮断され、発振が抑制さ
れた状態となる。そして、反転分布数が最大となる時点
で、ＱスイッチをＯＮすることにより、ポッケルスセル
３１に印加している電圧を切ると、この抑制効果がなく
なるため、急激にレーザ光が成長し、高い発振出力を得
ることができるものである。

【００２８】ところが、この様なＱスイッチを有するイ
ンジェクションロック方式のレーザ共振器においては、
ＱスイッチがＯＮされるまでレーザ共振器の出口にマス
ターレーザの出力光が透過してこないため、従来のマス
ターレーザの強度に基づいて同調を行う方法は適用でき
ない。また、ＱスイッチをＯＮすると同時に、急激に発
振が立ち上がるため、同調時と非同調時の発振遅延時間
の差は非常に小さく、従来の発振遅延時間を用いた同調
制御方法によっても正確な同調を行うことはできなかっ
た。

【００２９】しかし、本発明の同調制御装置は、実レー
ザパルスを用いた同期検出であるため、上記の様な問題
点を解消することができ、精度の高い同調制御を実現で
きる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、フィ
ードバック機構より送出される制御信号を、レーザエネ
ルギーとピーク強度の比に基づいて変化させることによ
り、実レーザパルスを用いた同期検出で、ジッタを小さ
くすることができるインジェクションロック同調制御装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインジェクションロック同調制御装置
の一実施例を示す構成図

【図２】共振器長を変化させた時の、マスターレーザ光
及び自然放出光の共振器内での強度を示す図

【図３】本
発明の他の実施例を示す構成図

【図４】本発明の他の実
施例を示す構成図

【図５】本発明のインジェクションロ
ック同調制御装置を、Ｑスイッチを有するインジェクシ
ョンロック方式のレーザ共振器に適用した例を示す構成
図

【図６】従来のインジェクションロック同調制御装置
の一例を示す構成図

【符号の説明】

１…マスターレーザ ２…減衰器 ３…折り返しミラー ４…インジェクションミラー ５…レーザ共振器のゲイン ６…出力ミラー ７…リアミラー ８…検出器 ９…フィードバック機構 １０…共振器長調節機構 ２０…ビームスプリッタ ２１…ジュールメーター ２２…波形測定器 ２３…ＡＤコンバーター ２４…計算機 ２５…デジタイザー ２６…ピエゾコントローラー ２７…ピエゾ素子 ３０…発振周波数安定化装置 ３１…ポッケルスセル ３２…ポラライザー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インジェクションロック法を用いたレ
   ーザ共振器に配設される同調制御装置であって、レーザ
   共振器の光学的長さ又はマスターレーザの発振周波数を
   制御する信号を送出するフィードバック機構と、この制
   御信号によりレーザ共振器の光学的長さ又はマスターレ
   ーザの発振周波数を調節する調節機構を備えたインジェ
   クションロック同調制御装置において、前記制御信号が
   、レーザエネルギーとピーク強度の比に基づいて送出さ
   れるものであることを特徴とするインジェクションロッ
   ク同調制御装置。