JPH07142804A - Automatic controller of output of laser device and harmonic generator equipped with it - Google Patents
Automatic controller of output of laser device and harmonic generator equipped with itInfo
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- JPH07142804A JPH07142804A JP28683693A JP28683693A JPH07142804A JP H07142804 A JPH07142804 A JP H07142804A JP 28683693 A JP28683693 A JP 28683693A JP 28683693 A JP28683693 A JP 28683693A JP H07142804 A JPH07142804 A JP H07142804A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ等の基本
波を非線形光学材料により高調波へ変換して青色レーザ
等を出力するレーザ装置の出力自動制御装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic output control device for a laser device which converts a fundamental wave of a semiconductor laser or the like into a harmonic by a non-linear optical material and outputs a blue laser or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ装置の出力安定化制御のため、光
出力の一部を出射方向から分離し検出することにより制
御する方式が行われている。この方式を用いた装置の一
例を図２に示す。レーザ発振部は、基本波発生用の半導
体レーザ（以下ＬＤとする）２０１とＫＮｂＯ3 等の非
線形光学結晶からなる共振器２０２により構成されてい
る。2. Description of the Related Art In order to control the output stabilization of a laser device, a method is employed in which a part of the optical output is separated from the emission direction and detected. An example of an apparatus using this method is shown in FIG. The laser oscillating unit is composed of a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD) 201 for generating a fundamental wave and a resonator 202 made of a nonlinear optical crystal such as KNbO 3 .
【０００３】ＬＤ２０１から出射した基本波２０３は、
コリメートレンズやモードマッチングレンズ等からなる
光学系２０４により集光され共振器２０２に入射する。
基本波２０３は共振器２０２の中で共振し、基本波２０
３の一部が第２高調波２０５に変換される。この方式の
場合、ＬＤ２０１及び共振器２０２はペルチェ素子２０
６、２０７により温調されており、第２高調波発生はＬ
Ｄ２０１の温度及び注入電流と共振器２０２の温度によ
り制御される。The fundamental wave 203 emitted from the LD 201 is
The light is condensed by the optical system 204 including a collimator lens, a mode matching lens, and the like, and enters the resonator 202.
The fundamental wave 203 resonates in the resonator 202, and the fundamental wave 20
A part of 3 is converted into the second harmonic wave 205. In this system, the LD 201 and the resonator 202 are the Peltier device 20.
The temperature is controlled by 6 and 207, and the second harmonic generation is L
It is controlled by the temperature of D201 and the injection current and the temperature of the resonator 202.
【０００４】本装置はＬＤ２０１の温度及び注入電流と
共振器２０２の温度をコンピュータ２１１を用いて制御
することにより、出力光信号が最大になるように自動的
に起動及び調整を行うことができる。共振器２０２から
出射した光は、ビームスプリッタ２０８により約１０％
が反射される。反射された光の第２高調波成分がフィル
タ２０９を透過した後、フォトダイオード２１０に入射
する。この光を検出しコンピュータ２１１に取り込み、
光出力が最大になるようにＬＤ２０１の温度及び注入電
流と共振器２０２の温度を自動制御し、最適な第２高調
波発生の条件に自動起動する。最適な条件を決定した
後、光出力が一定となるように自動制御を行う。By controlling the temperature of the LD 201 and the injection current and the temperature of the resonator 202 by using the computer 211, this apparatus can be automatically activated and adjusted so that the output optical signal becomes maximum. The light emitted from the resonator 202 is about 10% by the beam splitter 208.
Is reflected. The second harmonic component of the reflected light passes through the filter 209 and then enters the photodiode 210. This light is detected and taken into the computer 211,
The temperature of the LD 201 and the injection current and the temperature of the resonator 202 are automatically controlled so that the optical output becomes maximum, and the conditions for optimal second harmonic generation are automatically activated. After determining the optimum conditions, automatic control is performed so that the light output becomes constant.
【０００５】しかし、実際にレーザ光を光源に用いる場
合、光信号の直流出力に対する交流出力の比（相対雑音
強度：以下ＲＩＮと略す）が光源の性能として重要であ
るが、この方式の場合レーザ光出力の大小のみにより制
御されるため、レーザ光がＲＩＮの最小の状態に合わせ
込まれているかどうか判別せずに制御していた。However, when laser light is actually used as the light source, the ratio of the AC output to the DC output of the optical signal (relative noise intensity: hereinafter abbreviated as RIN) is important as the performance of the light source. Since it is controlled only by the magnitude of the light output, the laser light is controlled without determining whether or not the laser light is adjusted to the minimum state of RIN.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の制御方法
では、ＲＩＮが低い状態に合わせ込まれていない可能性
があるという問題点があった。したがって本発明の目的
は、レーザ装置の出力光の一部分を検出し、その出力を
電圧値に変換して出力の直流成分と交流成分を分離し、
交流成分のうち所定の周波数範囲の出力の振幅を検波す
ることによりＲＩＮを低い状態に制御できるようにした
レーザ装置の出力自動制御装置及びそれを備えた高調波
発生装置を提供することである。The above conventional control method has a problem that RIN may not be adjusted to a low state. Therefore, an object of the present invention is to detect a part of the output light of the laser device, convert the output into a voltage value to separate the direct current component and the alternating current component of the output,
It is an object of the present invention to provide an automatic output control device of a laser device capable of controlling RIN to a low state by detecting the amplitude of an output in a predetermined frequency range of an AC component, and a harmonic generation device including the same.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、レーザ装置の出力光の一部分を検出する光
検出器と、前記光検出器の出力の直流成分と交流成分を
分離するＡＣ／ＤＣ分離手段と、交流成分のうち所定の
周波数範囲のみを通過させるバンドパスフィルタと、前
記バンドパスフィルタの出力の振幅を検波する検波回路
と、前記直流成分に対する前記所定の周波数範囲の交流
成分の比が最小になるようにレーザ装置の発振部を制御
する制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ装置の
出力自動制御装置を提供するものである。In order to achieve the above object, the present invention separates a photodetector for detecting a part of the output light of a laser device and a DC component and an AC component of the output of the photodetector. AC / DC separating means, a bandpass filter that passes only a predetermined frequency range of the AC component, a detection circuit that detects the amplitude of the output of the bandpass filter, and an AC of the predetermined frequency range for the DC component. The present invention provides an automatic output control device for a laser device, which is provided with a control means for controlling an oscillating portion of the laser device so as to minimize the ratio of components.
【０００８】また、本発明の好ましい態様としては、前
記レーザ装置が、基本波発生用の光源と、基本波を高調
波へ変換する非線形光学材料を含み基本波を共振させる
共振器とを備えた高調波発生装置であることである。In a preferred aspect of the present invention, the laser device includes a light source for generating a fundamental wave, and a resonator for resonating the fundamental wave, the resonator including a nonlinear optical material for converting the fundamental wave into a harmonic. It is a harmonic generator.
【０００９】本発明において光検出器はフォトダイオー
ド、アバランシュフォトダイオード等の光電変換器が用
いられる。前記制御手段としては、ＬＤの注入電流、温
度、共振器の温度の物理量を常時モニターし、ＲＩＮが
最小となるようこれらの物理量を制御する制御回路、コ
ンピュータ等が用いられる。ＬＤ及び共振器の温度は、
それらに付設されたペルチェ素子等の温度制御素子の入
力値を制御することによって行われる。In the present invention, the photodetector is a photoelectric converter such as a photodiode or an avalanche photodiode. As the control means, a control circuit, a computer or the like that constantly monitors the physical quantities of the injection current of LD, the temperature, and the temperature of the resonator and controls these physical quantities so that RIN is minimized is used. The temperature of LD and resonator is
This is performed by controlling the input value of a temperature control element such as a Peltier element attached to them.
【００１０】ＬＤの注入電流、温度、共振器の温度の物
理量のいずれを制御するかは適宜選択すればよく、少な
くともそれらのうち１以上を制御すればよい。２つの物
理量を組み合わせて制御してもよい。Whether to control the injection current of the LD, the temperature, or the physical quantity of the temperature of the resonator may be appropriately selected, and at least one of them may be controlled. You may control by combining two physical quantities.
【００１１】本発明の非線形光学材料としてはＫＮｂＯ
3 結晶が好ましく用いられるが、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＴｉ
ＯＰＯ4 、ＫＨ2 ＰＯ4 、β−ＢａＢ2 Ｏ4 、Ｂａ2 Ｎ
ａＮｂ5 Ｏ15 等の他の非線形光学結晶、有機非線形材
料等も使用できる。基本波の光源としてはＬＤが小型、
軽量、耐久性等の点で好ましく、その他Ａｒ、Ｎｅレー
ザ等の気体レーザ、固体レーザ等を使用してもよい。KNbO is used as the nonlinear optical material of the present invention.
3 crystals are preferably used, but LiNbO 3 , KTi
OPO 4 , KH 2 PO 4 , β-BaB 2 O 4 , Ba 2 N
Other nonlinear optical crystals such as aNb 5 O 15 and organic nonlinear materials can also be used. LD is small as a light source of the fundamental wave,
It is preferable in terms of lightness and durability, and other gas lasers such as Ar and Ne lasers, solid-state lasers and the like may be used.
【００１２】[0012]
【作用】本発明の出力自動制御装置は、レーザ装置の出
力光の一部分を検出し、その出力を電圧値に変換して直
流成分と交流成分を分離し、交流成分のうち所定の周波
数範囲の出力の振幅を検波し、直流成分との比からＲＩ
Ｎが最小の状態に合わせ込むことが可能となる。The automatic output control device of the present invention detects a part of the output light of the laser device, converts the output into a voltage value to separate the direct current component and the alternating current component, and outputs a predetermined frequency range of the alternating current component. The output amplitude is detected and RI is calculated from the ratio to the DC component.
It becomes possible to adjust to the state where N is the minimum.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１には本発明の出力自動制御装置を適用
した第２高調波発生装置の一実施例が示されている。レ
ーザ発振部は、基本波を発生するＬＤ１０１とＫＮｂＯ
3 等の非線形光学結晶からなる共振器１０２により構成
されている。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a second harmonic generation device to which the automatic output control device of the present invention is applied. The laser oscillating unit is composed of LD101 and KNbO that generate a fundamental wave.
The resonator 102 is made of a nonlinear optical crystal such as 3 .
【００１４】ＬＤ１０１から出射した基本波１０３は、
コリメートレンズ及びモードマッチングレンズ等からな
る光学系１０４により集光され共振器１０２に入射す
る。基本波１０３は共振器１０２の中で三角状に進行し
て共振し、基本波１０３の一部が第２高調波１０５に変
換される。The fundamental wave 103 emitted from the LD 101 is
The light is condensed by the optical system 104 including a collimator lens, a mode matching lens, and the like, and enters the resonator 102. The fundamental wave 103 travels in a triangular shape in the resonator 102 and resonates, and a part of the fundamental wave 103 is converted into the second harmonic wave 105.
【００１５】この方式の場合、ＬＤ１０１及び共振器１
０２はペルチェ素子１０６、１０７により温調されてお
り、第２高調波発生はＬＤ１０１の温度及び注入電流と
共振器１０２の温度により制御されている。本装置はＬ
Ｄ１０１の温度及び注入電流と共振器１０２の温度をコ
ンピュータ１１５を用いて制御することにより、光出力
が所定の条件を満足するように自動的に起動及び調整を
行うことができる。In the case of this system, the LD 101 and the resonator 1
02 is temperature-controlled by the Peltier elements 106 and 107, and the second harmonic generation is controlled by the temperature of the LD 101 and the injection current and the temperature of the resonator 102. This device is L
By controlling the temperature of D101, the injection current, and the temperature of the resonator 102 using the computer 115, it is possible to automatically start and adjust the light output so as to satisfy a predetermined condition.
【００１６】共振器１０２から出射した光は、ビームス
プリッタ１０８により約１０％が反射される。反射され
た光のうち第２高調波成分がフィルタ１０９を透過し、
フォトダイオード１１０に入射する。フォトダイオード
１１０により検出された信号（微小電流）はＩ−Ｖ変換
器１１１により所定のレベルの電圧に増幅変換された
後、コンデンサ１１２により直流（ＤＣ）成分と交流
（ＡＣ）成分に分けられる。About 10% of the light emitted from the resonator 102 is reflected by the beam splitter 108. The second harmonic component of the reflected light passes through the filter 109,
It is incident on the photodiode 110. The signal (small current) detected by the photodiode 110 is amplified and converted into a voltage of a predetermined level by the IV converter 111, and then divided into a direct current (DC) component and an alternating current (AC) component by the capacitor 112.
【００１７】交流成分は８ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数
帯域を通過させるバンドパスフィルタ１１３を通り、こ
の周波数帯域での出力の振幅が検波回路１１４により測
定される。光出力の直流成分及び交流成分をコンピュー
タ１１５に取り込み、直流成分に対する交流成分の比が
最小になるようにＬＤ１０１の温度及び注入電流と共振
器１０２の温度を自動制御し、最適な第２高調波発生の
条件を決定し自動起動する。最適な条件を決定した後、
直流成分に対する交流成分の比が最小に保持されるよう
に自動制御を行う。The AC component passes through a bandpass filter 113 that passes the frequency band of 8 MHz to 20 MHz, and the amplitude of the output in this frequency band is measured by the detection circuit 114. The direct current component and the alternating current component of the optical output are taken into the computer 115, and the temperature of the LD 101 and the injection current and the temperature of the resonator 102 are automatically controlled so as to minimize the ratio of the alternating current component to the direct current component, and the optimum second harmonic wave is obtained. Determine the conditions of occurrence and start automatically. After determining the optimal conditions,
Automatic control is performed so that the ratio of the AC component to the DC component is kept to a minimum.
【００１８】交流ノイズは高周波側へいくほどレベルが
下がるため、１００ＭＨｚ以上の周波数領域は非常にレ
ベルが低いため対象外となる。また、レーザディスクの
再生等の場合、最も問題となる周波数領域は８ＭＨｚ〜
２０ＭＨｚの帯域であり、この領域のノイズを除去ある
いは抑制することが重要になる。したがって、少なくと
も１００ＭＨｚ以下の交流成分を通過させるようにすれ
ばよく、好ましくは８ＭＨｚ〜２０ＭＨｚを通過させる
ことがよい。Since the level of the AC noise decreases toward the high frequency side, the level is extremely low in the frequency region of 100 MHz and above, and thus is out of scope. In the case of reproducing a laser disk, the most problematic frequency range is 8MHz
It is a band of 20 MHz, and it is important to remove or suppress noise in this region. Therefore, it suffices to pass at least an alternating current component of 100 MHz or less, preferably 8 MHz to 20 MHz.
【００１９】この構成の出力自動制御装置を用いて直流
成分のみでの制御を行うことも可能である。また本実施
例と同様の構成で基本波１０３を検出して直流成分に対
する交流成分の比が最小になるように合わせ込むことも
可能である。It is also possible to perform control using only the DC component by using the output automatic control device having this configuration. Further, it is also possible to detect the fundamental wave 103 and adjust it so that the ratio of the AC component to the DC component is minimized with the same configuration as this embodiment.
【００２０】本発明の高調波発生装置は、その形態を高
調波発生モジュールとした場合、光ディスク、光磁気デ
ィスク等の光記録媒体の光情報記録検出用光源として、
実用的な光記録媒体の情報読み取り装置が実現可能であ
る。When the harmonic generator of the present invention is a harmonic generator module, it can be used as a light source for detecting optical information on an optical recording medium such as an optical disk or a magneto-optical disk.
An information reading device for a practical optical recording medium can be realized.
【００２１】また本発明の高調波発生装置は、２波長の
レーザ光を同時に必要とする高精度光計測装置にも応用
可能である。たとえば、空気やガス中のダストカウンタ
ー用の光源として有効である。ガス中を浮遊する微小な
ダストの散乱強度は、ダストが小さくなると低下し、照
射するレーザ光の波長の４乗に反比例する。したがっ
て、本発明の高調波を計測用の光源として用いると、よ
り小さなダストを精度良く計測できる。Further, the harmonic generating device of the present invention can be applied to a high precision optical measuring device which requires laser light of two wavelengths at the same time. For example, it is effective as a light source for a dust counter in air or gas. The scattering intensity of minute dust floating in the gas decreases as the dust becomes smaller, and is inversely proportional to the fourth power of the wavelength of the laser light to be irradiated. Therefore, when the harmonic of the present invention is used as a light source for measurement, smaller dust can be accurately measured.
【００２２】また、レーザ顕微鏡は、従来その光源部に
Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅといったガスレーザを用いていたが、
本発明のＬＤを組み込んだ高調波発生装置を用いる場
合、ハロゲンランプ等の励起光源が不要となるため水冷
機構の省略化、長寿命化、小型化等の効果が得られる。
また、レーザ顕微鏡で得られる像の解像度は光源波長の
２乗に反比例することから、本発明の高調波発生装置を
用いることで、より高解像度の観察ができる。この外本
発明の効果を損しない範囲で種々の応用が可能である。Further, a laser microscope has conventionally used a gas laser such as Ar or He-Ne for its light source section.
When the harmonic generating device incorporating the LD of the present invention is used, an excitation light source such as a halogen lamp is not required, so that effects such as omission of the water cooling mechanism, extension of life, and miniaturization can be obtained.
Further, since the resolution of the image obtained by the laser microscope is inversely proportional to the square of the wavelength of the light source, it is possible to observe with higher resolution by using the harmonic generating device of the present invention. Besides, various applications are possible within a range that does not impair the effects of the present invention.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の出力自動
制御装置を用いることにより、一系統の検出系のみでＲ
ＩＮが最小になるように合わせ込んで自動起動し、ＲＩ
Ｎを最小に保持して制御を行うことが可能となる。As described above, by using the automatic output control device of the present invention, the R can be realized by only one detection system.
Adjust the IN so that it becomes the minimum and start it automatically.
It becomes possible to carry out the control while keeping N at the minimum.
【図１】本発明のレーザ装置の出力自動制御装置を示す
ブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an automatic output control device of a laser device according to the present invention.
【図２】従来のレーザ装置の出力自動制御装置を示すブ
ロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a conventional output automatic control device of a laser device.
１０１：ＬＤ １０２：共振器 １０３：基本波 １０４：光学系 １０５：第２高調波 １０６：ペルチェ素子 １０７：ペルチェ素子 １０８：ビームスプリッタ １０９：フィルタ １１０：フォトダイオード １１１：Ｉ−Ｖ変換器 １１２：コンデンサ １１３：バンドパスフィルタ １１４：検波回路 １１５：制御用コンピュータ ２０１：ＬＤ ２０２：共振器 ２０３：基本波 ２０４：光学系 ２０５：第２高調波 ２０６：ペルチェ素子 ２０７：ペルチェ素子 ２０８：ビームスプリッタ ２０９：フィルタ ２１０：フォトダイオード ２１１：コンピュータ 101: LD 102: Resonator 103: Fundamental wave 104: Optical system 105: Second harmonic wave 106: Peltier element 107: Peltier element 108: Beam splitter 109: Filter 110: Photodiode 111: IV converter 112: Capacitor 113: band pass filter 114: detection circuit 115: control computer 201: LD 202: resonator 203: fundamental wave 204: optical system 205: second harmonic 206: Peltier element 207: Peltier element 208: beam splitter 209: filter 210: Photodiode 211: Computer
Claims (2)
検出器と、前記光検出器の出力の直流成分と交流成分を
分離するＡＣ／ＤＣ分離手段と、交流成分のうち所定の
周波数範囲のみを通過させるバンドパスフィルタと、前
記バンドパスフィルタの出力の振幅を検波する検波回路
と、前記直流成分に対する前記所定の周波数範囲の交流
成分の比が最小になるようにレーザ装置の発振部を制御
する制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ装置の
出力自動制御装置。1. A photodetector for detecting a part of output light of a laser device, an AC / DC separating means for separating a DC component and an AC component of the output of the photodetector, and a predetermined frequency range of the AC component. A bandpass filter that passes only the bandpass filter, a detection circuit that detects the amplitude of the output of the bandpass filter, and an oscillation unit of the laser device that minimizes the ratio of the AC component in the predetermined frequency range to the DC component. An automatic output control device for a laser device, comprising: a control means for controlling.
本波を高調波へ変換する非線形光学材料を含み基本波を
共振させる共振器とを備えた高調波発生装置であり、高
調波出力を制御するために請求項１記載の出力自動制御
装置を備えてなることを特徴とする高調波発生装置。2. A laser device is a harmonic wave generating device comprising a light source for generating a fundamental wave and a resonator for resonating the fundamental wave, the resonator including a nonlinear optical material for converting the fundamental wave into a harmonic wave. A harmonic generator comprising the automatic output controller according to claim 1 for controlling the output.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28683693A JPH07142804A (en) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | Automatic controller of output of laser device and harmonic generator equipped with it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28683693A JPH07142804A (en) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | Automatic controller of output of laser device and harmonic generator equipped with it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142804A true JPH07142804A (en) | 1995-06-02 |
Family
ID=17709668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28683693A Pending JPH07142804A (en) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | Automatic controller of output of laser device and harmonic generator equipped with it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07142804A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997035369A1 (en) * | 1996-03-19 | 1997-09-25 | Daimler Benz Ag | Method of reducing amplitude noise of solid lasers with resonator-internal frequency doubling, and an arrangement for carrying out this method |
| JP2004296877A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Olympus Corp | Semiconductor laser device |
-
1993
- 1993-11-16 JP JP28683693A patent/JPH07142804A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997035369A1 (en) * | 1996-03-19 | 1997-09-25 | Daimler Benz Ag | Method of reducing amplitude noise of solid lasers with resonator-internal frequency doubling, and an arrangement for carrying out this method |
| JP2004296877A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Olympus Corp | Semiconductor laser device |
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