JPH06314835A - Harmonic generator device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To maintain the optimum condition of good response while stabilizing harmonic output when a sudden disturbance due to a temperature change, which is an unstable main cause or harmonic output, is added. CONSTITUTION:An automatic gain control device 19 controls the gain of a P-I controller 8 by an error signal from a lock-in amplifier 7. In case of the large error signal strength, gain is enlarged while in the case of the small error signal strength, gain is made small so as to perform the optimum control corresponding to the magnitude of a disturbance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高調波出力安定化用の
自動利得制御装置を有する制御回路を設けた高調波発生
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a harmonic generator provided with a control circuit having an automatic gain controller for stabilizing a harmonic output.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の第２高調波出力を安定化させる代
表的な制御回路の基本構成を図３に示す。第２高調波モ
ジュール２内は、図４に示すように、半導体レーザー１
２、光学レンズ系１３、１４、非線形光学材料を有する
モノリシック型共振器１７及び半導体レーザー１２と共
振器１７を温調するためのペルチェ素子１１、１８とか
ら成り、半導体レーザー１２の注入電流、半導体レーザ
ー１２の温度及び共振器１７の温度の各調節は図３にお
ける半導体レーザー駆動部１で行っている。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a basic configuration of a typical control circuit for stabilizing a conventional second harmonic output. Inside the second harmonic module 2, as shown in FIG.
2. Optical lens systems 13 and 14, a monolithic resonator 17 having a non-linear optical material, and a semiconductor laser 12 and Peltier elements 11 and 18 for controlling the temperature of the resonator 17. Each adjustment of the temperature of the laser 12 and the temperature of the resonator 17 is performed by the semiconductor laser driving unit 1 in FIG.

【０００３】上記構成において、第２高調波モジュール
２内の図４における半導体レーザー１２から出射された
基本波１５は、コリメート・レンズ１３及びモードマッ
チング・レンズ１４を通してモノリシック型共振器１７
に入射し、共振器内の点Ａ、Ｂ、Ｃでリング型に反射し
て増倍され、共振光がモノリシック型共振器１７中を結
晶軸ａ方向に伝搬するときその一部が第２高調波１６に
変換されて、出射側の球面ミラーの点Ｂから出射され
る。なお、このとき点Ｂにおける球面ミラーの基本波に
対する反射率が１００％ではないため、一部の基本波も
第２高調波と一緒に出射される。In the above structure, the fundamental wave 15 emitted from the semiconductor laser 12 shown in FIG. 4 in the second harmonic module 2 passes through the collimating lens 13 and the mode matching lens 14 and the monolithic resonator 17 is provided.
When the resonance light propagates through the monolithic resonator 17 in the crystal axis a direction, a part of the resonance light is amplified by the second harmonic. It is converted into the wave 16 and emitted from the point B of the spherical mirror on the emission side. At this time, since the reflectance of the spherical mirror at the point B with respect to the fundamental wave is not 100%, a part of the fundamental wave is emitted together with the second harmonic.

【０００４】また、基本波１５の一部はモノリシック型
共振器１７を構成する結晶内部の不純物等によって散乱
され、逆回りの経路を持つ戻り光となる。この戻り光が
半導体レーザー１２に再入射すると、半導体レーザー光
の周波数は共振器の共振周波数に引き込まれ、ある領域
（ロッキング・レンジ）をもって共振器の共振周波数に
ロックされる。これはオプティカル・フィードバックと
呼ばれ、第２高調波出力を安定化させるための制御方法
の一つである。Further, a part of the fundamental wave 15 is scattered by impurities or the like inside the crystal forming the monolithic resonator 17 and becomes return light having a reverse path. When this return light is re-incident on the semiconductor laser 12, the frequency of the semiconductor laser light is pulled to the resonance frequency of the resonator, and locked to the resonance frequency of the resonator with a certain region (rocking range). This is called optical feedback and is one of the control methods for stabilizing the second harmonic output.

【０００５】このオプティカル・フィードバックを利用
した図３に示すような従来の制御方法は、基準周波数部
（発振器）１０の出力信号を変調信号として利用し、半
導体レーザー駆動部１の半導体レーザーの注入電流、半
導体レーザーの温度若しくは共振器の温度を変調する。
それによって、モジュール２から出射する変調された基
本波５及び第２高調波４は、ビーム・スプリッター３に
よって分離され、分離された基本波５をディテクター部
（フォト・ダイオード等の光電検出器）６に入射させ
る。In the conventional control method using optical feedback as shown in FIG. 3, the output signal of the reference frequency section (oscillator) 10 is used as a modulation signal, and the injection current of the semiconductor laser of the semiconductor laser driving section 1 is used. Modulates the temperature of the semiconductor laser or the temperature of the resonator.
Thereby, the modulated fundamental wave 5 and the second harmonic wave 4 emitted from the module 2 are separated by the beam splitter 3, and the separated fundamental wave 5 is detected by a detector unit (photoelectric detector such as a photo diode) 6 Incident on.

【０００６】ディテクター部６は、基本波５をその強度
に相当した電気信号に光電変換し、ロックイン・アンプ
部７に入力する。ロックイン・アンプ部７は基準周波数
信号とディテクター部６からの変調を受けた電気信号と
の位相検波を行い、変調されたパラメーターにおける基
本波５の出力微分曲線（誤差信号）を得る。その信号
は、Ｐ−Ｉコントローラー８で増幅及び積分されて加算
器部９に入力する。The detector section 6 photoelectrically converts the fundamental wave 5 into an electric signal corresponding to its strength, and inputs it to the lock-in amplifier section 7. The lock-in amplifier unit 7 performs phase detection of the reference frequency signal and the electric signal modulated by the detector unit 6, and obtains an output differential curve (error signal) of the fundamental wave 5 in the modulated parameter. The signal is amplified and integrated by the PI controller 8 and input to the adder unit 9.

【０００７】加算器部９では、Ｐ−Ｉコントローラ８の
出力と基準周波数部１０の出力を加算し、その合成信号
を半導体レーザー駆動部１の変調信号として出力してい
る。これにより、制御系としてはロックイン・アンプ７
の誤差信号を０にするように制御が働き、結果として第
２高調波の出力は出力曲線のピーク近傍にロックされ、
第２高調波の出力を安定化していた。The adder section 9 adds the output of the PI controller 8 and the output of the reference frequency section 10 and outputs the combined signal as a modulation signal of the semiconductor laser driving section 1. As a result, the lock-in amplifier 7 is used as the control system.
The control works to make the error signal of 0 to 0, and as a result, the output of the second harmonic is locked near the peak of the output curve,
The output of the second harmonic was stabilized.

【０００８】従来方法の一例として半導体レーザーの温
度を変調した場合、ロッキング・レンジは通常図２
（Ａ）に示すような形をしており、この誤差信号は図２
（Ｂ）に示すようにロッキング・レンジを微分したもの
となる。共振光出力はロッキング・レンジの中央（ｃ
ｐ）、すなわち誤差（微分）信号が０となるとき最も安
定である。よって、この微分信号が０になるように、Ｐ
−Ｉコントローラ８を通して半導体レーザー駆動部内の
半導体レーザー温調部に制御信号を送り、ペルチェ素子
を介して半導体レーザーの温度を制御する。結果的に半
導体レーザー発振周波数と共振透過周波数の偏差を補正
し、安定な第２高調波出力を取り出すことができる。When the temperature of the semiconductor laser is modulated as an example of the conventional method, the locking range is usually as shown in FIG.
The error signal has a shape as shown in FIG.
As shown in (B), the locking range is differentiated. The resonant optical output is at the center of the locking range (c
p), that is, the most stable when the error (differential) signal becomes zero. Therefore, so that this differential signal becomes 0, P
A control signal is sent to the semiconductor laser temperature control section in the semiconductor laser drive section through the -I controller 8 to control the temperature of the semiconductor laser through the Peltier element. As a result, it is possible to correct the deviation between the semiconductor laser oscillation frequency and the resonant transmission frequency, and extract a stable second harmonic output.

【０００９】このとき、Ｐ−Ｉコントローラ８はこの偏
差の大きさ及び時間変化に応じた制御を行うように予め
Ｐ（利得）とＩ（積分定数）が設定されている。但し、
誤差信号はロッキング・レンジの形状に支配されるの
で、誤差信号の大きさはある程度決まっており、Ｐ−Ｉ
コントローラ８のＰ（利得）及びＩ（積分定数）も予め
決まっているので、制御の範囲を超える外乱の負荷がか
かったときに半導体レーザーの発振周波数が共振透過周
波数から外れる恐れがある。一方、利得及び積分定数を
大きくしてやると、制御が効きすぎて第２高調波出力が
不安定な状態となる傾向がある。At this time, the P-I controller 8 is preset with P (gain) and I (integral constant) so as to perform control according to the magnitude of this deviation and the change over time. However,
Since the error signal is dominated by the shape of the rocking range, the magnitude of the error signal is determined to some extent, and P-I
Since P (gain) and I (integration constant) of the controller 8 are also predetermined, the oscillation frequency of the semiconductor laser may deviate from the resonance transmission frequency when a disturbance load exceeding the control range is applied. On the other hand, if the gain and the integration constant are increased, the control becomes too effective and the second harmonic output tends to be unstable.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】先に挙げた第２高調波
出力安定化用制御装置では、急激な外乱が負荷された場
合、最適に制御できずに第２高調波の出力低下を招く恐
れがある。In the control device for stabilizing the second harmonic output mentioned above, when a sudden disturbance is applied, the control may not be performed optimally and the output of the second harmonic may be lowered. There is.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、基本波発生用の半導
体レーザーと、基本波を高調波へ変換する非線形光学材
料を含み複数の反射面で基本波を共振させる共振器とを
備えてなる高調波発生装置において、共振器から出射す
る基本波を検出し電気信号へ変換する光電検出器と、前
記電気信号と発振器からの基準周波数信号とを位相検波
し誤差信号を得るロックインアンプと、前記誤差信号を
増幅及び積分するＰ−Ｉコントローラと、Ｐ−Ｉコント
ローラの出力と発振器からの基準周波数信号とを加算し
て得られる加算信号を前記半導体レーザーあるいは共振
器へフィードバックする加算器とを備え高調波出力を安
定化するための制御回路であって、前記ロックインアン
プの誤差信号強度に対応して前記Ｐ−Ｉコントローラの
利得と積分定数を制御する自動利得制御装置を有する制
御回路を設けたことを特徴とする高調波発生装置。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and includes a plurality of semiconductor lasers for generating a fundamental wave and a nonlinear optical material for converting the fundamental wave into a harmonic wave. In a harmonic generator comprising a resonator that resonates a fundamental wave on the reflection surface of a photoelectric detector that detects a fundamental wave emitted from the resonator and converts the fundamental wave into an electric signal, and a reference from the electric signal and an oscillator. A lock-in amplifier that phase-detects a frequency signal to obtain an error signal, a PI controller that amplifies and integrates the error signal, and an output of the PI controller and a reference frequency signal from an oscillator are added to obtain A control circuit for stabilizing a harmonic output, comprising an adder for feeding back an addition signal to the semiconductor laser or a resonator, the error signal strength of the lock-in amplifier. Corresponding to harmonic generator, characterized in that a control circuit having an automatic gain control device for controlling the gain and the integral constant of the P-I controller.

【００１２】[0012]

【作用】本発明によれば、自動利得制御装置により、ロ
ックインアンプからの誤差信号を用いてＰ−Ｉコントロ
ーラの利得を調整することによって、外乱の大小による
第２高調波出力変動の大きさの違いに対応して最適制御
を行うことができる。また、急激な外乱に対して従来の
方法よりも応答性がよく、第２高調波出力をより安定化
させることができる。According to the present invention, the automatic gain controller adjusts the gain of the P-I controller using the error signal from the lock-in amplifier, whereby the magnitude of the second harmonic output fluctuation due to the magnitude of the disturbance is adjusted. Optimal control can be performed according to the difference in Further, it has better response to a sudden disturbance than the conventional method, and the second harmonic output can be more stabilized.

【００１３】[0013]

【実施例】以下、図１を参照して本発明の実施例を説明
する。なお、従来例として説明した図３、図４の装置と
実質的に同一部分には、同符号を付してその説明を省略
することにする。図１は、本発明の１実施例である第２
高調波出力安定化用の自動利得制御装置を付加した制御
系のブロック図である。図において、符号１〜１０で示
される部分は、図３の従来例と同様である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. It should be noted that substantially the same parts as those of the apparatus of FIGS. 3 and 4 described as the conventional example are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. FIG. 1 shows a second embodiment of the present invention.
It is a block diagram of a control system to which an automatic gain control device for stabilizing a harmonic output is added. In the figure, the parts indicated by reference numerals 1 to 10 are the same as in the conventional example of FIG.

【００１４】図１に示したような、新たに第２高調波出
力安定化用の自動利得制御装置１９を付加した本発明の
制御系では、次のような制御がなされる点で従来の装置
と異なっている。In the control system of the present invention, which is newly provided with the automatic gain control device 19 for stabilizing the output of the second harmonic as shown in FIG. 1, the conventional device is used in that the following control is performed. Is different from

【００１５】すなわち、自動利得制御装置１９はロック
インアンプ７からの誤差信号を用いて、Ｐ−Ｉコントロ
ーラ８のＰ（利得）を制御するために組み込まれる。つ
まり、誤差信号強度が大きいときには利得を大きくして
やり、反対に誤差信号強度が小さいときには利得を小さ
くしてやることによって、外乱の大小に対応した最適な
制御を行うよう機能する。また、これにより急激な外乱
が加わった際にも従来の方法よりも良い応答性を持つた
め、第２高調波出力をより安定化することができる。That is, the automatic gain controller 19 is incorporated to control the P (gain) of the PI controller 8 using the error signal from the lock-in amplifier 7. That is, when the error signal strength is large, the gain is increased, and conversely, when the error signal strength is small, the gain is decreased, so that the optimum control corresponding to the magnitude of the disturbance is performed. Further, as a result, even when a rapid disturbance is applied, it has better response than the conventional method, so that the second harmonic output can be more stabilized.

【００１６】[0016]

【発明の効果】本発明は、出力の不安定要因である温度
変化等による外乱等負荷の大小による第２高調波出力変
動の大きさの違いに対応して、Ｐ−Ｉコントローラの利
得を自動的に制御することによって、最適な制御条件を
維持することができるという優れた効果を有している。
また、これにより急激な外乱が加わった際にも従来の方
法よりも良い応答性を持つため、第２高調波出力をより
安定化することができる。The present invention automatically adjusts the gain of the P-I controller in response to the difference in the magnitude of the second harmonic output fluctuation due to the magnitude of the disturbance equal load due to the temperature change or the like which is the output instability factor. The optimal effect is that the optimum control condition can be maintained by controlling the target automatically.
Further, as a result, even when a rapid disturbance is applied, it has better response than the conventional method, so that the second harmonic output can be more stabilized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明装置の１実施例を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a device of the present invention.

【図２】（Ａ）はロッキング・レンジにおける半導体レ
ーザー発振周波数と共振透過出力の関係を示すグラフ
で、（Ｂ）は半導体レーザー発振周波数と誤差信号の関
係を示すグラフである。FIG. 2A is a graph showing a relationship between a semiconductor laser oscillation frequency and a resonant transmission output in a rocking range, and FIG. 2B is a graph showing a relationship between a semiconductor laser oscillation frequency and an error signal.

【図３】従来の高調波発生装置の第２高調波出力安定化
用制御装置の一例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an example of a second harmonic output stabilizing control device of a conventional harmonic generator.

【図４】第２高調モジュールの基本構成の側面図であ
る。FIG. 4 is a side view of a basic configuration of a second harmonic module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１：半導体レーザー駆動電源 ２：第２高調波モジュール ３：ビーム・スプリッター ４：第２高調波 ５：基本波 ６：ディテクター（フォト・ダイオード） ７：ロックイン・アンプ ８：Ｐ−Ｉコントローラ ９：加算器 １０：基準周波数部（発振器） １１：半導体レーザー用ペルチェ素子 １２：半導体レーザー １３：コリメート・レンズ １４：モードマッチング・レンズ １５：半導体レーザー光 １６：共振透過光 １７：ＫＮｂＯ₃ モノリシック型共振器 １８：ＫＮｂＯ₃ モノリシック型共振器用ペルチェ素子 １９：自動利得制御装置1: Semiconductor laser drive power supply 2: Second harmonic module 3: Beam splitter 4: Second harmonic 5: Fundamental wave 6: Detector (photo diode) 7: Lock-in amplifier 8: PI controller 9: Adder 10: Reference frequency part (oscillator) 11: Peltier element for semiconductor laser 12: Semiconductor laser 13: Collimating lens 14: Mode matching lens 15: Semiconductor laser light 16: Resonance transmitted light 17: KNbO ₃ monolithic resonator 18: KNbO ₃ Peltier element for monolithic resonator 19: Automatic gain control device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】基本波発生用の半導体レーザーと、基本波
を高調波へ変換する非線形光学材料を含み複数の反射面
で基本波を共振させる共振器とを備えてなる高調波発生
装置において、共振器から出射する基本波を検出し電気
信号へ変換する光電検出器と、前記電気信号と発振器か
らの基準周波数信号とを位相検波し誤差信号を得るロッ
クインアンプと、前記誤差信号を増幅及び積分するＰ−
Ｉコントローラと、Ｐ−Ｉコントローラの出力と発振器
からの基準周波数信号とを加算して得られる合成信号を
前記半導体レーザーあるいは共振器へフィードバックす
る加算器とを備え高調波出力を安定化するための制御回
路であって、前記ロックインアンプの誤差信号強度に対
応して前記Ｐ−Ｉコントローラの利得と積分定数を制御
する自動利得制御装置を有する制御回路を設けたことを
特徴とする高調波発生装置。1. A harmonic generation device comprising: a semiconductor laser for generating a fundamental wave; and a resonator that includes a nonlinear optical material for converting the fundamental wave into a harmonic and resonates the fundamental wave with a plurality of reflecting surfaces. A photoelectric detector that detects the fundamental wave emitted from the resonator and converts it to an electric signal, a lock-in amplifier that obtains an error signal by phase-detecting the electric signal and the reference frequency signal from the oscillator, and amplifies the error signal. P- to integrate
An I controller and an adder for feeding back a combined signal obtained by adding the output of the PI controller and the reference frequency signal from the oscillator to the semiconductor laser or the resonator to stabilize the harmonic output. Harmonic generation, comprising a control circuit having an automatic gain control device for controlling the gain and integration constant of the PI controller corresponding to the error signal strength of the lock-in amplifier apparatus.