JPH05190967A

JPH05190967A - パルス発振レーザ

Info

Publication number: JPH05190967A
Application number: JP650892A
Authority: JP
Inventors: Sakae Ikuta; 栄生田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】パルス発振レーザのインジェクションロック
動作における発振周波数の安定化を確実に行うことがで
きるようにする。【構成】従来の制御系の中に、誤差検出のための比較
干渉計２０を設け、その前段には偏光面回転装置２１を
設け、スレーブレーザ出力光の一部をこの偏光面回転装
置２１を通過させた後に比較干渉計２０に入射させる。
さらに、比較干渉計２０の後段には偏光ビームスプリッ
タ２２を設け、比較干渉計の出射光をこの偏光ビームス
プリッタ２２に通すことにより、マスター光とスレーブ
レーザ光の弁別を行う。さらに、偏光ビームスプリッタ
２２により弁別されたスレーブレーザ光はスレーブ光測
定用デテクタ６に送られ、その出力信号がスレーブレー
ザ共振器制御装置４に送出され、一方、弁別されたマス
ター光は、マスター光測定用デテクタ２３に送られ、そ
の出力信号が比較干渉計制御装置２４に送出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インジェクションロッ
ク方式で単一周波数発振をするパルス発振レーザに係
り、特に、発振周波数の安定化を図ったパルス発振レー
ザに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＴＥＡーＣＯ₂レーザを例に、インジェ
クションロックにより単一周波数発振を行うパルス発振
レーザにおける発振周波数の安定化の技術と動作を図に
基づいて説明する。即ち、図３は従来の方法により、イ
ンジェクションロックＴＥＡーＣＯ₂レーザの発振周波
数を安定化させる場合の構成図を示したものである。

【０００３】図３において、１はスレーブレーザたるＴ
ＥＡーＣＯ₂レーザ発振器であり、８はスレーブレーザ
共振器の全反射鏡、１０は出力鏡である。１１はスレー
ブレーザ共振器の長さを制御するための微動装置であ
り、図３はピエゾ素子を用いた場合を示している。ま
た、９はインジェクションロック動作のマスター光を、
スレーブレーザ共振器に入射させるためのインジェクシ
ョンミラーである。さらに、１２はレーザ媒質ガスを励
起する放電部である。なお、放電のための電源は省略し
て図示していない。

【０００４】また、２はインジェクションロック動作の
マスター光を発生させるマスターレーザであり、既に公
知の別の手段で発振周波数が安定化されているパルスＣ
Ｗ発振ＣＯ₂レーザである。また、１３はスレーブレー
ザ共振器内で多重反射した後、出力鏡１０から出射して
くるマスター光の一部を取り出すための半透過鏡であ
り、６はその強度を測定するＣＷ光測定用デテクタであ
る。さらに、４は前記微動装置１１を制御駆動する制御
装置である。これら半透過鏡１３，ＣＷ光測定用デテク
タ６，制御装置４，微動装置１１により、スレーブレー
ザ共振器の制御系が構成されている。

【０００５】この様に構成されたインジェクションロッ
ク方式によるパルス発振レーザの周波数安定化の動作
を、以下に簡単に説明する。即ち、マスターレーザ２の
出力光は、インジェクションミラー９を介してスレーブ
レーザ共振器に注入され、単一周波数発振の基本光とな
る。ここで、スレーブレーザの発振周波数を安定化する
ためには、スレーブレーザ共振器の共振周波数を、常に
マスターレーザ２の発振周波数と同調状態に保つ必要が
ある。

【０００６】この点について、従来はスレーブレーザ共
振器の共振周波数がマスターレーザの発振周波数と同調
状態にあるときに、出力鏡１０より出射するマスター光
の強度が極大となることを利用していた。即ち、図３か
ら明らかな様に、スレーブレーザ共振器は、互いに平行
で向かい合った全反射鏡８と出力鏡１０の２枚の鏡から
構成され、ファブリペロー干渉計を形成している。

【０００７】周知の様に、ファブリペロー干渉計におい
ては、入射光の周波数ｆ_iと反射鏡間隔Ｌが、ｆ_i＝Ｍ・Ｃ／２Ｌ …（１）の関係を満足するときに同調状態となり、透過率が極大
となる。ただし、Ｍは反射鏡間隔Ｌとマスターレーザ光
の波長によって決まる大きな整数、Ｃは光速である。

【０００８】図３において、インジェクションミラー９
によって反射され、スレーブレーザ共振器内に入射した
マスター光は、全反射鏡８と出力鏡１０とが形成する干
渉計の中を、インジェクションミラー９で一部反射され
ながら繰り返し往復する。そして、出力鏡１０から出射
するマスター光は、（１）式が満足されているとき、繰
り返し往復による干渉の結果としてその強度は極大とな
り、（１）式が満足されてないときは、マスター光が通
過する光学素子の反射率あるいは透過率を乗じた強度と
なる。

【０００９】従って、上述した様な従来のパルス発振レ
ーザにおいては、出力鏡１０より出射するマスター光の
一部を、半透過鏡１３によってＣＷ光測定用デテクタ６
に入射させ、その強度を測定していた。このＣＷ光測定
用デテクタ６の出力信号は前記制御装置４に送出され、
さらに、制御装置４の出力信号は前記微動装置１１に送
られ、これを駆動して、スレーブレーザ共振器の全反射
鏡８を光軸方向に平行移動させるように構成されてい
る。なお、制御装置４は、公知の技術により、マスター
光の強度が常に極大値を保つことができるように微動装
置１１を駆動する信号を出すように構成されている。

【００１０】従来のパルス発振レーザにおいては、上述
した様にして、スレーブレーザ共振器の共振周波数を、
マスターレーザの発振周波数に対して常に同調状態に保
つことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な従来技術による周波数安定化方法には、以下に述
べる様な解決すべき課題があった。即ち、ＴＥＡーＣＯ
₂レーザのように、高密度で大電力のパルス放電で媒質
を励起するガスレーザでは、放電が起こるとレーザ媒質
ガスの電子密度、温度、圧力等が急激に変化し、その結
果、屈折率が変わり、スレーブレーザ共振器の光学的長
さが変化する。

【００１２】しかも、この変化は前記制御系の応答速度
より速いので、スレーブレーザ共振器は放電と同時に同
調状態からずれてしまう。このずれ量が小さい場合は、
スレーブレーザはマスター光の周波数とわずかに異なる
周波数での単一周波数発振を起こすだけであり、また、
ずれ量が一定であれば、スレーブレーザの発振周波数は
安定している。

【００１３】しかし、ずれ量が大きい場合は、スレーブ
レーザはインジェクションロックのかからないマルチ縦
モード発振を起こし、その発振周波数を安定化すること
もできない。この様な問題は大出力ＴＥＡーＣＯ₂レー
ザのような高密度・大電力のパルス放電で励起するガス
レーザの場合に特に顕著である。従って、この様なレー
ザの発振周波数を、従来の方法で安定化することは非常
に困難であった。

【００１４】さらに、エキシマレーザの場合は、インジ
ェクションロックに必要な出力を有するＣＷ発振マスタ
ーレーザが存在せず、ＣＷ発振器とパルス増幅器の組合
せとなる。即ち、実質的マスター光はパルスとなるた
め、図３中のＣＷ光測定用デテクタ６をパルス光用のデ
テクタに変えたとしても、デテクタはモニター光中のス
レーブレーザ光とマスター光を弁別することができな
い。このことはデテクタの出力信号が、スレーブレーザ
共振器の同調状態をなんら反映せず、その制御が不可能
となることを意味するものである。

【００１５】本発明は、上述した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、その目的は、高密度
・大電力のパルス放電で励起されるＴＥＡーＣＯ₂レー
ザや、パルスマスター光を用いるエキシマレーザのイン
ジェクションロック動作における発振周波数の安定化を
確実に行うことができるパルス発振レーザを提供するこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、共振器長制御
用微動装置を備えたパルス発振をするスレーブレーザ
と、既に発振周波数が安定化されているパルス発振をす
るマスターレーザとから成り、スレーブレーザ光測定用
デテクタと、その出力信号に基づいて前記スレーブレー
ザの共振器長を制御する信号を送出するスレーブレーザ
共振器制御装置とから成る制御系を備えたパルス発振レ
ーザにおいて、前記制御系に、スレーブレーザ光及びマ
スターレーザ光を入射させてそれらの同調状態を検出す
るための比較用ファブリペロー干渉計が配設され、ま
た、その前段には、マスター光とスレーブレーザ光の偏
光面を直交させるための偏光面回転装置が設けられ、さ
らに、前記比較用ファブリペロー干渉計の後段には、マ
スター光とスレーブレーザ光の弁別を行う偏光ビームス
プリッタが設けられ、さらに、前記偏光ビームスプリッ
タにより弁別されたスレーブレーザ光は、前記スレーブ
光測定用デテクタに送出され、一方、弁別されたマスタ
ー光は、マスター光測定用デテクタに送出されるように
構成したことを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】本発明のパルス発振レーザにおいては、マスタ
ーレーザの出力光の一部は、比較用ファブリペロー干渉
計に入射し透過した後、偏光ビームスプリッタによって
スレーブレーザ光と分離された後、マスター光測定用デ
テクタによってその強度が測定される。このマスター光
測定用デテクタの出力信号は比較干渉計制御装置に供給
され、さらに、比較干渉計制御装置は前記マスター光測
定用デテクタの出力信号が最大になるように、比較ファ
ブリペロー干渉計の鏡面間隔を制御する。これにより、
比較用ファブリペロー干渉計をマスター光の発振周波数
に対して常に同調状態に保つことができる。

【００１８】一方、スレーブレーザの出力光の一部も偏
光面回転装置によって偏光面を９０度回転された後、比
較用ファブリペロー干渉計に入射する。これを通過した
スレーブレーザ光は偏光ビームスプリッタによってマス
ター光と分離された後、スレーブ光測定用デテクタによ
ってその強度が測定される。このスレーブ光測定用デテ
クタの出力信号は共振器長制御装置に供給され、さら
に、共振器長制御装置はスレーブ光測定用デテクタの出
力信号が極大となるように、スレーブレーザ共振器の長
さを制御する。これにより、スレーブレーザの共振周波
数を比較用ファブリペロー干渉計に同調させることがで
きる。その結果、スレーブレーザ光の共振周波数をマス
ター光の発振周波数に同調させることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２に基
づいて具体的に説明する。なお、図３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。

【００２０】まず、本発明の基本的な構成を図１に基づ
いて説明する。即ち、本発明においては、従来の制御系
の中に、新たに誤差検出のための比較用ファブリペロー
干渉計（以下、比較干渉計と称す）２０が設けられ、こ
れにマスターレーザ光の一部を入射させ、比較干渉計を
マスターレーザの発振周波数と常に同調させておくよう
に構成されている。

【００２１】また、前記比較干渉計２０の前段に偏光面
回転装置２１が設けられ、スレーブレーザ出力光の一部
をこの偏光面回転装置２１を通過させた後に比較干渉計
２０に入射させ、比較干渉計２０内でマスター光とスレ
ーブレーザ光の偏光面を直交させるように構成されてい
る。さらに、比較干渉計２０の後段には偏光ビームスプ
リッタ２２が設けられ、比較干渉計の出射光をこの偏光
ビームスプリッタ２２に通すことにより、マスター光と
スレーブレーザ光の弁別を行うことができるように構成
されている。

【００２２】さらに、前記偏光ビームスプリッタ２２に
より弁別されたスレーブレーザ光は、スレーブ光測定用
デテクタ６に送られ、その出力信号がスレーブレーザ共
振器制御装置４に送出されるように構成されている。一
方、前記偏光ビームスプリッタ２２により弁別されたマ
スター光は、マスター光測定用デテクタ２３に送られ、
その出力信号が比較干渉計制御装置２４に送出されるよ
うに構成されている。

【００２３】図２は、図１に示した本発明の基本的構成
をより具体的に示したものである。即ち、前記比較干渉
計２０は、所定の間隔を隔てて互いに平行に対向配置さ
れた２枚の干渉計ミラー２５ａ，２５ｂと、その一方の
干渉計ミラー２５ｂを光軸方向に平行移動できるように
取り付けられた微動装置２６より構成されている。

【００２４】また、１３はスレーブレーザ出力光の一部
を取り出すための半透過鏡であり、２７は取り出された
スレーブレーザ出力光の光路を曲げるための反射鏡であ
る。さらに、この反射鏡２７と比較干渉計２０との間に
は、スレーブレーザ光の偏光面を９０度回転させる偏光
面回転装置２１が設けられている。この偏光面回転装置
２１の基本部分は２分の１波長板であり、その主軸の方
向が入射するスレーブレーザ光の偏光方向に対して４５
度をなすように配置されている。なお、前記偏光面回転
装置２１と比較干渉計２０の間には、マスター光の一部
を取り出し、スレーブレーザ光の一部を透過させる半透
過鏡２８が設けられている。

【００２５】さらに、比較干渉計２０の後段には、比較
干渉計を透過した光をマスター光とスレーブレーザ光と
に分離する偏光ビームスプリッタ２２が設けられてい
る。この偏光ビームスプリッタ２２の基本部分は、グラ
ントムソンプリズムなどのプリズム形偏光素子であり、
紙面に平行な偏光面を有する光は透過し、紙面に垂直な
偏光面を有する光は透過光とは異なった方向へ反射する
ように構成されている。なお、図２では、マスター光が
紙面に垂直な偏光面を持っている場合を示している。

【００２６】また、前記偏光ビームスプリッタ２２によ
り弁別されたスレーブレーザ光は、スレーブ光測定用デ
テクタ６に送られ、さらにその出力信号がスレーブレー
ザ共振器制御装置４に送出されるように構成されてい
る。そして、このスレーブレーザ共振器制御装置４によ
り、共振器長制御微動装置１１が、スレーブ光測定用デ
テクタ６の出力信号が極大となるようにスレーブレーザ
共振器の長さを制御するように構成されている。

【００２７】一方、前記偏光ビームスプリッタ２２によ
り弁別されたマスター光は、マスター光測定用デテクタ
２３に送られ、その出力信号が比較干渉計制御装置２４
に送出されるように構成されている。そして、この比較
干渉計制御装置２４により、干渉計ミラー微動装置２６
がマスター光測定用デテクタ２３の出力信号が極大にな
るように鏡面間隔を制御するように構成されている。

【００２８】この様な構成を有する本実施例のパルス発
振レーザは、以下に述べる様に作用する。なお、マスタ
ーレーザ２は公知の技術により発振周波数が安定化され
たレーザである。このマスターレーザ２の出力光は、半
透過鏡２８によって２つに分けられ、その一部は比較干
渉計２０に入射され、残りはインジェクションミラー９
を介してスレーブレーザ共振器内に注入され、インジェ
クションロック動作の基本光となる。

【００２９】比較干渉計２０に入射したマスター光は、
２枚の干渉計ミラー２５ａ，２５ｂの間で多重反射を繰
り返した後、出射して偏光ビームスプリッタ２２で反射
され、マスター光測定用デテクタ２３に達する。このマ
スター光測定用デテクタ２３の出力信号は比較干渉計用
制御装置２４に供給され、制御装置２４はマスター光測
定用デテクタ２３の出力信号が最大になるように干渉計
ミラー微動装置２６へ駆動信号を送り、干渉計ミラー２
５ａ，２５ｂの間隔を制御する。これは、前述した様
に、ファブリペロー干渉計ミラーの反射鏡間隔Ｌと入射
光の周波数ｆ_iが、（１）式を満足して同調状態にある
と、出射光の強度が極大になるという原理に基づくもの
である。

【００３０】なお、比較干渉計２０は、内部に放電のよ
うな媒質の光学的性質を変化させるものがないので、上
記の制御により常に入射光すなわちマスター光に対し
て、比較干渉計２０を同調状態に保つことができる。

【００３１】一方、スレーブレーザ出力光の一部は、半
透過鏡１３及び反射鏡２７によって偏光面回転装置２１
に入射される。この偏光面回転装置２１の基本部分であ
る２分の１波長板は、その主軸の方向と入射光の偏光方
向が４５度の角度をなしているとき、偏光面を９０度回
転させる働きを有することが公知の事実として知られて
いる。従って、偏光面回転装置２１に入射したスレーブ
レーザ光は、その偏光面が９０度回転した後、前記マス
ター光と重ね合わせられて比較干渉計２０に入射され
る。

【００３２】そして、上記マスター光の場合と同様に、
このスレーブレーザ光も干渉計ミラー２５ａ，２５ｂの
間で多重反射を繰り返した後、出射し、偏光ビームスプ
リッタ２２に入射する。しかし、スレーブレーザ光は既
に偏光面回転装置２１によってその偏光面が９０度回転
し、マスター光に対し偏光面が直交しているため、偏光
ビームスプリッタ２２で反射されることなく透過し、ス
レーブ光測定用デテクタ６に達する。

【００３３】このスレーブ光測定用デテクタ６の出力信
号はスレーブレーザ共振器制御装置４に供給される。さ
らに、制御装置４はデテクタ６の出力信号が極大になる
ように微動装置１１へ駆動信号を送り、スレーブレーザ
共振器の全反射鏡８と出力鏡１０の間隔を制御する。そ
の結果、スレーブレーザ発振周波数を比較干渉計に対し
て同調させることができる。しかも、この時、比較干渉
計２０はすでにマスターレーザ２の発振周波数に同調し
ているので、結果的にスレーブレーザの発振周波数をマ
スターレーザの発振周波数に同調させることができる。

【００３４】この様に、本実施例によれば、基準値と制
御量の比較を、スレーブレーザ、マスターレーザとは別
の比較用ファブリペロー干渉計で行ない、しかも、この
過程において、スレーブレーザ光の偏光面のみを９０度
回転させることにより、スレーブレーザ光とマスター光
とを分離して独立に計測することができる。また、放電
の影響を受けた結果のスレーブレーザ発振周波数そのも
のを、基準となるマスターレーザ発振周波数と比較する
ことができるので、パルス動作のマスター光を用いたイ
ンジェクションロックレーザでも、スレーブレーザの放
電とは無関係に確実に発振周波数の安定化を達成するこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、パル
ス発振レーザの制御系に、スレーブレーザ光及びマスタ
ーレーザ光を入射させてそれらの同調状態を検出するた
めの比較用ファブリペロー干渉計を配設し、また、その
前段に、マスター光とスレーブレーザ光の偏光面を直交
させるための偏光面回転装置を設け、さらに、その後段
に、マスター光とスレーブレーザ光の弁別を行う偏光ビ
ームスプリッタを設け、さらに、前記偏光ビームスプリ
ッタにより弁別されたスレーブレーザ光をスレーブ光測
定用デテクタに送出し、一方、弁別されたマスター光を
マスター光測定用デテクタに送出するように構成するこ
とにより、高密度・大電力のパルス放電で励起されるＴ
ＥＡーＣＯ₂レーザや、パルスマスター光を用いるエキ
シマレーザのインジェクションロック動作における発振
周波数の安定化を確実に行うことができるパルス発振レ
ーザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルス発振レーザの一実施例の基本的
構成を示すブロック図

【図２】図１に示した実施例の具体的構成を示す概略図

【図３】従来のパルス発振レーザの構成を示す概略図

【符号の説明】

１…スレーブレーザ発振器２…マスターレーザ４…スレーブレーザ共振器制御装置６…スレーブ光測定用デテクタ８…全反射鏡９…インジェクションミラー１０…出力鏡１１…共振器長制御微動装置１３…半透過鏡２０…比較干渉計２１…偏光面回転装置２２…偏光ビームスプリッタ２３…マスター光測定用デテクタ２４…比較干渉計制御装置２５ａ，２５ｂ…干渉計ミラー２６…干渉計ミラー微動装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共振器長制御用微動装置を備えたパルス
発振をするスレーブレーザと、既に発振周波数が安定化
されているパルス発振をするマスターレーザとから成
り、スレーブレーザ光測定用デテクタと、その出力信号
に基づいて前記スレーブレーザの共振器長を制御する信
号を送出するスレーブレーザ共振器制御装置とから成る
制御系を備えたパルス発振レーザにおいて、前記制御系に、スレーブレーザ光及びマスターレーザ光
を入射させてそれらの同調状態を検出するための比較用
ファブリペロー干渉計が配設され、また、その前段に
は、マスター光とスレーブレーザ光の偏光面を直交させ
るための偏光面回転装置が設けられ、さらに、前記比較
用ファブリペロー干渉計の後段には、マスター光とスレ
ーブレーザ光の弁別を行う偏光ビームスプリッタが設け
られ、さらに、前記偏光ビームスプリッタにより弁別されたス
レーブレーザ光は、前記スレーブ光測定用デテクタに送
出され、一方、弁別されたマスター光は、マスター光測
定用デテクタに送出されるように構成したことを特徴と
するパルス発振レーザ。