JP2554893B2 - 高繰り返しパルスレーザー安定化装置 - Google Patents
高繰り返しパルスレーザー安定化装置Info
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザー共振器に帰還系を設け、周囲温度
の変化等によってレーザー共振器長が変化した場合にも
光パルス出力の安定化、短パルス化および高出力化を維
持できるようにした高繰り返しパルスレーザー安定化装
置に関するものである。
の変化等によってレーザー共振器長が変化した場合にも
光パルス出力の安定化、短パルス化および高出力化を維
持できるようにした高繰り返しパルスレーザー安定化装
置に関するものである。
［従来の技術］ 高繰り返しパルスレーザー装置には、レーザー共振器
内にＡ・Ｏ素子（音響光学素子）を挿入した能動モード
同期レーザー装置や、レーザー共振器内に可飽和吸収色
素溶液を挿入した受動モード同期レーザー装置などが知
られている。
内にＡ・Ｏ素子（音響光学素子）を挿入した能動モード
同期レーザー装置や、レーザー共振器内に可飽和吸収色
素溶液を挿入した受動モード同期レーザー装置などが知
られている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、能動モード同期レーザー装置において
光パルス出力の安定化を図るためには、Ａ・Ｏ素子の超
音波強度を安定化するための電気的制御が複雑になると
いう問題点があった。
光パルス出力の安定化を図るためには、Ａ・Ｏ素子の超
音波強度を安定化するための電気的制御が複雑になると
いう問題点があった。
また、受動モード同期レーザー装置において光パルス
出力の安定化を図るためには、可飽和吸収色素溶液の濃
度と励起エネルギーの大きさとの調整が複雑になるとい
う問題点があった。
出力の安定化を図るためには、可飽和吸収色素溶液の濃
度と励起エネルギーの大きさとの調整が複雑になるとい
う問題点があった。
上述のような問題点を解決するために、本出願人は、
特願昭62−142262号において、レーザー共振器に構造お
よび調整が簡単な帰還系を付加することによって、サテ
ライトパルス光の発生が少なく、かつ安定化、短パルス
化および高出力化した光パルス出力の得られる高繰り返
しパルスレーザー装置を提案した。ここでサテライトパ
ルス光とは、特願昭62−142262号の明細書に記載の通
り、必要とする繰り返し周波数C/2L（Ｃは光速度を表
す）のパルスの裾の部分に現われる希望しない順次的な
パルスを指す。
特願昭62−142262号において、レーザー共振器に構造お
よび調整が簡単な帰還系を付加することによって、サテ
ライトパルス光の発生が少なく、かつ安定化、短パルス
化および高出力化した光パルス出力の得られる高繰り返
しパルスレーザー装置を提案した。ここでサテライトパ
ルス光とは、特願昭62−142262号の明細書に記載の通
り、必要とする繰り返し周波数C/2L（Ｃは光速度を表
す）のパルスの裾の部分に現われる希望しない順次的な
パルスを指す。
しかしながら、周囲温度の変化などによってレーザー
共振器長が変化した場合、帰還系を介してレーザー共振
器内へ戻る光パルスと、レーザー共振器内の光パルスと
の重なりのタイミングがずれて、光パルス出力の特性が
変化するという若干の問題点があった。
共振器長が変化した場合、帰還系を介してレーザー共振
器内へ戻る光パルスと、レーザー共振器内の光パルスと
の重なりのタイミングがずれて、光パルス出力の特性が
変化するという若干の問題点があった。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、サテライト
パルス光の発生が少なく、かつ安定化、短パルス化およ
び高出力化した光パルス出力が得られるとともに、周囲
温度の変化等によってレーザー共振器長が変化した場合
にも、この光パルス出力の優れた特性が変らないように
することを目的とするものである。
パルス光の発生が少なく、かつ安定化、短パルス化およ
び高出力化した光パルス出力が得られるとともに、周囲
温度の変化等によってレーザー共振器長が変化した場合
にも、この光パルス出力の優れた特性が変らないように
することを目的とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明による高繰り返しパルスレーザー安定化装置
は、レーザー共振器と、このレーザー共振器から放出さ
れた光パルスに光学的遅延を与えて前記レーザー共振器
内の光パルスに重ねるように前記レーザー共振器内へ戻
す帰還系と、前記レーザー共振器または帰還系のいずれ
か一方の光パルスをモニターし、このモニター光の強度
が極大値となるか又は前記モニター光のパルス幅が極小
値となるように前記帰還系の光路長を制御する帰還系制
御部とを設けてなることを特徴とするものである。
は、レーザー共振器と、このレーザー共振器から放出さ
れた光パルスに光学的遅延を与えて前記レーザー共振器
内の光パルスに重ねるように前記レーザー共振器内へ戻
す帰還系と、前記レーザー共振器または帰還系のいずれ
か一方の光パルスをモニターし、このモニター光の強度
が極大値となるか又は前記モニター光のパルス幅が極小
値となるように前記帰還系の光路長を制御する帰還系制
御部とを設けてなることを特徴とするものである。
［作用］ 帰還系を介してレーザー共振器内へ戻る光パルスと、
レーザー共振器内の光パルスとの重なりのタイミングが
一致しているときは、特願昭62−142262号で説明したの
とほぼ同様にして、帰還系をもたない従来例と比べて安
定化、短パルス化および高出力化した光パルス出力が得
られる。周囲温度の変化等によってレーザー共振器長が
変わり、帰還系を介してレーザー共振器内へ戻る光パル
スと、レーザー共振器内の光パルスとの重なりのタイミ
ングがずれると、帰還系制御部がモニターする光パル
ス、すなわちレーザー共振器から出力する光パルス、レ
ーザー共振器内の光パルス、または帰還系内の光パルス
の強度が極大値からずれるか又は光パルスのパルス幅が
極小値からずれる。すると、帰還系制御部は、モニター
した光パルスの強度が極大値となるように又はモニター
した光パルスのパルス幅が極小値となるように、帰還系
の光路長を可変制御する。このため、レーザー共振器長
が変化しても光パルス出力の特性は変わらずに維持され
ている。
レーザー共振器内の光パルスとの重なりのタイミングが
一致しているときは、特願昭62−142262号で説明したの
とほぼ同様にして、帰還系をもたない従来例と比べて安
定化、短パルス化および高出力化した光パルス出力が得
られる。周囲温度の変化等によってレーザー共振器長が
変わり、帰還系を介してレーザー共振器内へ戻る光パル
スと、レーザー共振器内の光パルスとの重なりのタイミ
ングがずれると、帰還系制御部がモニターする光パル
ス、すなわちレーザー共振器から出力する光パルス、レ
ーザー共振器内の光パルス、または帰還系内の光パルス
の強度が極大値からずれるか又は光パルスのパルス幅が
極小値からずれる。すると、帰還系制御部は、モニター
した光パルスの強度が極大値となるように又はモニター
した光パルスのパルス幅が極小値となるように、帰還系
の光路長を可変制御する。このため、レーザー共振器長
が変化しても光パルス出力の特性は変わらずに維持され
ている。
［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例を示すもので、この図に
おいて、（１）は共振器長Ｌのレーザー共振器、（２）
は帰還系、（３）はSHG（第２高調波発生）自己相関波
形測定装置（４）と制御回路（５）とからなる帰還系制
御部である。前記レーザー共振器（１）は出力鏡（６）
と、光パルスの一部を透過する反射鏡（７）と、前記出
力鏡（６）と反射鏡（７）との間に配設されたローダミ
ン6G（Rhodamine 6G）などからなるレーザー媒質（８）
と、可飽和吸収色素などからなるモード同期素子（９）
と、前記レーザー媒質（８）を励起する励起源（10）と
からなっている。前記帰還系（２）は、全反射鏡（11）
（12）（13）からなり、前記レーザー共振器（１）の反
射鏡（７）から外部に放出された光パルスを所定の光学
的距離ｄだけ遅延させ、前記反射鏡（７）を介して前記
レーザー共振器（１）内の光パルスに重ねるように構成
されている。すなわち、 ｄ＝2nL（ｎ＝1,2,3,…） を満足するように調整されている。
おいて、（１）は共振器長Ｌのレーザー共振器、（２）
は帰還系、（３）はSHG（第２高調波発生）自己相関波
形測定装置（４）と制御回路（５）とからなる帰還系制
御部である。前記レーザー共振器（１）は出力鏡（６）
と、光パルスの一部を透過する反射鏡（７）と、前記出
力鏡（６）と反射鏡（７）との間に配設されたローダミ
ン6G（Rhodamine 6G）などからなるレーザー媒質（８）
と、可飽和吸収色素などからなるモード同期素子（９）
と、前記レーザー媒質（８）を励起する励起源（10）と
からなっている。前記帰還系（２）は、全反射鏡（11）
（12）（13）からなり、前記レーザー共振器（１）の反
射鏡（７）から外部に放出された光パルスを所定の光学
的距離ｄだけ遅延させ、前記反射鏡（７）を介して前記
レーザー共振器（１）内の光パルスに重ねるように構成
されている。すなわち、 ｄ＝2nL（ｎ＝1,2,3,…） を満足するように調整されている。
前記帰還系（２）の全反射鏡（13）には光路長ｄを可
変するためのピエゾ素子（14）が固定されている。な
お、このピエゾ素子（14）はパルスモータなどで移動す
るステージを介して前記全反射鏡（13）に固定するよう
にしてもよい。
変するためのピエゾ素子（14）が固定されている。な
お、このピエゾ素子（14）はパルスモータなどで移動す
るステージを介して前記全反射鏡（13）に固定するよう
にしてもよい。
（15）はガラスプレートやビームスプリッタからなる
分岐器で、この分岐器（15）は前記レーザー共振器
（１）の出力鏡（６）から出力する光パルス（16）を分
岐して、一方を外部へ出力する光パルス（17）とし、他
方をモニター光（18）とするように構成されている。
分岐器で、この分岐器（15）は前記レーザー共振器
（１）の出力鏡（６）から出力する光パルス（16）を分
岐して、一方を外部へ出力する光パルス（17）とし、他
方をモニター光（18）とするように構成されている。
なお、前記分岐器（15）は、レーザー共振器（１）の
出力する光パルス（16）を分岐してモニター光（18）を
とり出すようにしたが、これに限るものでなく、レーザ
ー共振器（１）内に設けた分岐器（15a）、（15b）また
は（15c）によって、若しくは帰還系（２）内に設けた
分岐器（15d）によってモニター光（18a）、（18b）ま
たは（18c）若しくは（18d）をとり出すようにしてもよ
い。
出力する光パルス（16）を分岐してモニター光（18）を
とり出すようにしたが、これに限るものでなく、レーザ
ー共振器（１）内に設けた分岐器（15a）、（15b）また
は（15c）によって、若しくは帰還系（２）内に設けた
分岐器（15d）によってモニター光（18a）、（18b）ま
たは（18c）若しくは（18d）をとり出すようにしてもよ
い。
前記SHG自己相関波形測定装置（４）は前記分岐器（1
5）からのモニター光（18）を２分岐する分岐器（20）
と、この２分岐された２つの光パルスのそれぞれに可変
可能な光学的遅延を与える加振器（21）とステッピング
イモータ（22）と、これらの加振器（21）、ステッピン
グモータ（22）を経て、集光レンズ（23）を介して重ね
合わされた光パルスに基づいて第２高調波を発生するSH
G結晶（24）と、このSHG結晶（24）で発生する第２高調
波の強度を電気信号に変換する光検出器（例えば光電子
増倍管）（25）と、この光検出器（25）の出力をＹ軸入
力とするモニタスコープ（26）と、前記加振器（21）の
変位を検出し、電気信号に変換して位相シフト回路（2
7）を介して前記モニタスコープ（26）のＸ軸に入力す
るギャップセンサー（28）と、アンプ（29）を介して前
記加振器（21）に駆動信号（例えば6Hzの三角波）を送
出するファンクションゼネレーター（30）とからなって
いる。前記制御回路（５）は、入力回路（31）と演算回
路（32）と出力回路（33）とからなっている。前記入力
回路（31）は、前記モニタスコープ（26）の測定波形
（34）に対応した入力電圧Viに基づいて測定波形（34）
のピーク値を検出し、これを対応した電圧値Vpに変換す
るピーク値−電圧変換回路（35）と、アンプ（36）と、
A/D変換器（37）とからなっている。前記出力回路（3
3）は、高圧電源（38）と、後述する処理回路（50）か
らの制御信号に基づいて前記高圧電源（38）の出力電圧
を制御して前記帰還系（２）のピエゾ素子（14）を駆動
するための出力電圧Voを出力する高圧制御回路（39）
と、この高圧制御回路（39）の出力側に順次結合された
アッテネータ（40）およびA/D変換器（41）とからなっ
ている。
5）からのモニター光（18）を２分岐する分岐器（20）
と、この２分岐された２つの光パルスのそれぞれに可変
可能な光学的遅延を与える加振器（21）とステッピング
イモータ（22）と、これらの加振器（21）、ステッピン
グモータ（22）を経て、集光レンズ（23）を介して重ね
合わされた光パルスに基づいて第２高調波を発生するSH
G結晶（24）と、このSHG結晶（24）で発生する第２高調
波の強度を電気信号に変換する光検出器（例えば光電子
増倍管）（25）と、この光検出器（25）の出力をＹ軸入
力とするモニタスコープ（26）と、前記加振器（21）の
変位を検出し、電気信号に変換して位相シフト回路（2
7）を介して前記モニタスコープ（26）のＸ軸に入力す
るギャップセンサー（28）と、アンプ（29）を介して前
記加振器（21）に駆動信号（例えば6Hzの三角波）を送
出するファンクションゼネレーター（30）とからなって
いる。前記制御回路（５）は、入力回路（31）と演算回
路（32）と出力回路（33）とからなっている。前記入力
回路（31）は、前記モニタスコープ（26）の測定波形
（34）に対応した入力電圧Viに基づいて測定波形（34）
のピーク値を検出し、これを対応した電圧値Vpに変換す
るピーク値−電圧変換回路（35）と、アンプ（36）と、
A/D変換器（37）とからなっている。前記出力回路（3
3）は、高圧電源（38）と、後述する処理回路（50）か
らの制御信号に基づいて前記高圧電源（38）の出力電圧
を制御して前記帰還系（２）のピエゾ素子（14）を駆動
するための出力電圧Voを出力する高圧制御回路（39）
と、この高圧制御回路（39）の出力側に順次結合された
アッテネータ（40）およびA/D変換器（41）とからなっ
ている。
前記演算回路（32）は、前記入力回路（31）のA/D変
換器（37）から入力されるデータatと、メモリゲート
（42）とメモリ（43）を介して入力される一つ前のデー
タat-1とを順次比較する比較回路（44）と、前記出力回
路（33）のA/D変換器（41）から入力されるデータb
tと、メモリゲート（45）とメモリ（46）を介して入力
される一つ前のデータbt-1とを順次比較する比較回路
（47）と、前記比較器（44）と（47）の出力に基づいて
前記高圧制御回路（39）を制御する処理回路（50）と、
メモリゲート（42）（45）と比較回路（44）（47）を制
御するタイミング回路（48）（49）とからなり、ピーク
電圧Vpおよび／または出力電圧Voが変化してVoがVpの極
大値を与える値からずれると、出力電圧Voがピーク電圧
Vpの極大値を与える値に近づくように可変制御してい
る。
換器（37）から入力されるデータatと、メモリゲート
（42）とメモリ（43）を介して入力される一つ前のデー
タat-1とを順次比較する比較回路（44）と、前記出力回
路（33）のA/D変換器（41）から入力されるデータb
tと、メモリゲート（45）とメモリ（46）を介して入力
される一つ前のデータbt-1とを順次比較する比較回路
（47）と、前記比較器（44）と（47）の出力に基づいて
前記高圧制御回路（39）を制御する処理回路（50）と、
メモリゲート（42）（45）と比較回路（44）（47）を制
御するタイミング回路（48）（49）とからなり、ピーク
電圧Vpおよび／または出力電圧Voが変化してVoがVpの極
大値を与える値からずれると、出力電圧Voがピーク電圧
Vpの極大値を与える値に近づくように可変制御してい
る。
つぎに前記実施例の作用について第２図を用いて説明
する。
する。
このとき、SHG自己相関波形測定装置（４）における
モニター光（18）の波形測定は、これに限るものではな
いが、ステッピングモータ（22）による光学的遅延を固
定し、加振器（21）による光学的遅延を可変調整して行
うか、若しくはステッピングモータ（22）と加振器（2
1）とによる光学的遅延の相対距離が等しくなるように
調整した状態で双方を固定して行う。
モニター光（18）の波形測定は、これに限るものではな
いが、ステッピングモータ（22）による光学的遅延を固
定し、加振器（21）による光学的遅延を可変調整して行
うか、若しくはステッピングモータ（22）と加振器（2
1）とによる光学的遅延の相対距離が等しくなるように
調整した状態で双方を固定して行う。
まず、レーザー共振器（１）の共振器長Ｌが変化して
いないときについて説明する。このとき、帰還系（２）
による光学的遅延距離（以下単に光路長という）ｄは ｄ＝2nL（ｎ＝1,2,3,…） を満足しているので、この帰還系（２）を介してレーザ
ー共振器（１）内へ戻る光パルスとレーザー共振器
（１）内の光パルスとの重なりのタイミングが一致す
る。すなわち、VoとVpの関係は第２図に実線Ｐで示す関
係にあり、制御回路（５）は出力電圧VoをVo1に収束
し、ピーク電圧Vpは実線Ｐの極大値となる。したがっ
て、レーザー共振器（１）からは、帰還系をもたない従
来例と比べてサテライトパルス光の発生が少なく、かつ
安定化、短パルス化および高出力化した光パルス（17）
の出力が得られる。
いないときについて説明する。このとき、帰還系（２）
による光学的遅延距離（以下単に光路長という）ｄは ｄ＝2nL（ｎ＝1,2,3,…） を満足しているので、この帰還系（２）を介してレーザ
ー共振器（１）内へ戻る光パルスとレーザー共振器
（１）内の光パルスとの重なりのタイミングが一致す
る。すなわち、VoとVpの関係は第２図に実線Ｐで示す関
係にあり、制御回路（５）は出力電圧VoをVo1に収束
し、ピーク電圧Vpは実線Ｐの極大値となる。したがっ
て、レーザー共振器（１）からは、帰還系をもたない従
来例と比べてサテライトパルス光の発生が少なく、かつ
安定化、短パルス化および高出力化した光パルス（17）
の出力が得られる。
つぎに周囲温度の変化等によってレーザー共振器
（１）の共振器長Ｌが変化した場合について説明する。
（１）の共振器長Ｌが変化した場合について説明する。
（イ）例えば、共振器長ＬがＬ＋ΔＬに変化すると、ｄ
＝2nLの関係が成立しなくなる。説明の便宜上光路長ｄ
がｄ＋Δｄになったとき、 ｄ＋Δｄ＝2n（Ｌ＋ΔＬ） の関係が成立するものとする。このときのVoとVpの関係
は第２図に点線で示すＱの如くVoがVo2のときにVpが極
大値になるものとする。
＝2nLの関係が成立しなくなる。説明の便宜上光路長ｄ
がｄ＋Δｄになったとき、 ｄ＋Δｄ＝2n（Ｌ＋ΔＬ） の関係が成立するものとする。このときのVoとVpの関係
は第２図に点線で示すＱの如くVoがVo2のときにVpが極
大値になるものとする。
共振器長ＬがＬ＋ΔＬになると、光パルスの重なりの
タイミングがずれてレーザー共振器（１）のモニター光
（18）の強度が低下し、これに対応してピーク電圧Vpが
下がるので、演算回路（32）の一方の比較器（44）への
入力データがダウンする（at-1＞at）。このとき他方の
比較器（47）の入力データはまだ変化していない（bt-1
＝bt）。このため、処理回路（50）は高圧制御回路（3
9）を制御し出力電圧Voを上げ、ピエゾ素子（14）によ
り帰還系（２）の光路長ｄを長くする。
タイミングがずれてレーザー共振器（１）のモニター光
（18）の強度が低下し、これに対応してピーク電圧Vpが
下がるので、演算回路（32）の一方の比較器（44）への
入力データがダウンする（at-1＞at）。このとき他方の
比較器（47）の入力データはまだ変化していない（bt-1
＝bt）。このため、処理回路（50）は高圧制御回路（3
9）を制御し出力電圧Voを上げ、ピエゾ素子（14）によ
り帰還系（２）の光路長ｄを長くする。
（ロ）Voが上がると、演算回路（32）の他方の比較器
（47）への入力データがアップ（bt-1＜bt）し、このと
きの光路長ｄがｄ＋Δｄを越えていないときはピーク電
圧Vpが上がり、演算回路（32）の一方の比較器（44）へ
の入力データがアップする（at-1＜at）。このため、Vo
がさらに上がる。
（47）への入力データがアップ（bt-1＜bt）し、このと
きの光路長ｄがｄ＋Δｄを越えていないときはピーク電
圧Vpが上がり、演算回路（32）の一方の比較器（44）へ
の入力データがアップする（at-1＜at）。このため、Vo
がさらに上がる。
（ハ）ピーク電圧Vpが極大値に達するまでは（すなわち
光路長ｄがｄ＋Δｄを越えるまでは）at−at-1＞０なの
で前記（ロ）の動作を繰り返し、Voが次第に上がるが、
上がりすぎてVpが極大値となるVo2を越えると（光路長
ｄがｄ＋Δｄを越えると）at−at-1＜０になるので、演
算回路（32）の一方の比較器（44）への入力データがダ
ウンする（この時点ではbt−bt-1＞０）。すると、処理
回路（50）は高圧制御回路（39）を制御してVoを下げ、
Vpが極大値となるVo2近傍に収束せしめる。
光路長ｄがｄ＋Δｄを越えるまでは）at−at-1＞０なの
で前記（ロ）の動作を繰り返し、Voが次第に上がるが、
上がりすぎてVpが極大値となるVo2を越えると（光路長
ｄがｄ＋Δｄを越えると）at−at-1＜０になるので、演
算回路（32）の一方の比較器（44）への入力データがダ
ウンする（この時点ではbt−bt-1＞０）。すると、処理
回路（50）は高圧制御回路（39）を制御してVoを下げ、
Vpが極大値となるVo2近傍に収束せしめる。
（ニ）共振器長ＬがＬ−ΔＬに変化した場合も、光路長
ｄがｄ−Δｄになったときにｄ−Δｄ＝2n（Ｌ−ΔＬ）
の関係が成立するものとし、このときのVoとVpの関係が
第２図に一点鎖線Ｒで示す如くVoがVo3のときにVpが極
大値になるものとすると、前記（イ）（ロ）（ハ）と略
同様にして、演算回路（32）は、VoをVpが極大値となる
Vo3近傍に収束せしめる。
ｄがｄ−Δｄになったときにｄ−Δｄ＝2n（Ｌ−ΔＬ）
の関係が成立するものとし、このときのVoとVpの関係が
第２図に一点鎖線Ｒで示す如くVoがVo3のときにVpが極
大値になるものとすると、前記（イ）（ロ）（ハ）と略
同様にして、演算回路（32）は、VoをVpが極大値となる
Vo3近傍に収束せしめる。
前記実施例では、演算回路での処理はat−at-1とbt−
bt-1が正負いずれであるかによっていたが、これらの大
きさによってV0の変化の大きさも可変にするようにした
場合には、さらに収束がよくなる。
bt-1が正負いずれであるかによっていたが、これらの大
きさによってV0の変化の大きさも可変にするようにした
場合には、さらに収束がよくなる。
前記実施例では、帰還系制御部は、SHG自己相関波形
測定装置によってモニター光の波形を測定し、この測定
波形のピーク値を対応したピーク電圧Vpに変換し、この
ピーク電圧Vpが極大値となるように帰還系の光路長ｄを
制御するようにしたが、本発明はこれに限るものでな
く、モニター光の強度が極大値となるように又はモニタ
ー光のパルス幅が極小値となるように、帰還系の光路長
ｄを制御するものであればよい。
測定装置によってモニター光の波形を測定し、この測定
波形のピーク値を対応したピーク電圧Vpに変換し、この
ピーク電圧Vpが極大値となるように帰還系の光路長ｄを
制御するようにしたが、本発明はこれに限るものでな
く、モニター光の強度が極大値となるように又はモニタ
ー光のパルス幅が極小値となるように、帰還系の光路長
ｄを制御するものであればよい。
例えば、第３図に示すように、SHG自己相関波形測定
装置（４）によってモニター光の波形（34）を測定し、
この測定波形（34）のパルス幅を対応したパルス幅電圧
Vwに変換し、このVwが極小値となるように帰還系の光路
長を制御するようにしてもよい。すなわち制御回路
（５）の入力回路（31a）を、ファンクションゼネレー
タ（30）のトリガー信号の立上りでリセットされるピー
ク値ホールド回路（51）と、このピーク値ホールド回路
（51）の側に結合された1/2定倍回路（52）と、測定波
形（34）に対応した入力電圧Viと前記1/2定倍回路（5
2）の出力とを比較する比較回路（53）と、この比較回
路（53）の出力側に結合され、前記ファンクションゼネ
レータ（30）のトリガー信号の有無でリセット、セット
される時間−電圧変換回路（54）と、この時間−電圧変
換回路（54）の出力するパルス幅電圧VwをＡ−Ｄ変換す
るA/D変換器（37a）とによって構成する。
装置（４）によってモニター光の波形（34）を測定し、
この測定波形（34）のパルス幅を対応したパルス幅電圧
Vwに変換し、このVwが極小値となるように帰還系の光路
長を制御するようにしてもよい。すなわち制御回路
（５）の入力回路（31a）を、ファンクションゼネレー
タ（30）のトリガー信号の立上りでリセットされるピー
ク値ホールド回路（51）と、このピーク値ホールド回路
（51）の側に結合された1/2定倍回路（52）と、測定波
形（34）に対応した入力電圧Viと前記1/2定倍回路（5
2）の出力とを比較する比較回路（53）と、この比較回
路（53）の出力側に結合され、前記ファンクションゼネ
レータ（30）のトリガー信号の有無でリセット、セット
される時間−電圧変換回路（54）と、この時間−電圧変
換回路（54）の出力するパルス幅電圧VwをＡ−Ｄ変換す
るA/D変換器（37a）とによって構成する。
つぎに、前記第３図を用いた実施例の作用について第
４図から第６図までを併用して説明する。
４図から第６図までを併用して説明する。
トリガー信号は、第４図（ｃ）に示すように、ファン
クションゼネレータ（30）から加振器（21）側へ出力す
る同図（ｂ）の三角形波信号に同調した信号とする。ま
た、時間−電圧変換回路（54）の入力パルス幅Ｔと出力
電圧Vwとは第５図のように比例関係にあり、リセット信
号が入るまでは出力電圧を保持するものとする。
クションゼネレータ（30）から加振器（21）側へ出力す
る同図（ｂ）の三角形波信号に同調した信号とする。ま
た、時間−電圧変換回路（54）の入力パルス幅Ｔと出力
電圧Vwとは第５図のように比例関係にあり、リセット信
号が入るまでは出力電圧を保持するものとする。
（ア）t1時においてトリガー信号が現われると、その立
上りでピーク値ホールド回路（51）がリセットされ、そ
の出力側の電圧V1は第４図（ｄ）のように０になる。
上りでピーク値ホールド回路（51）がリセットされ、そ
の出力側の電圧V1は第４図（ｄ）のように０になる。
（イ）t2時に入力電圧Viが第４図（ａ）のように現われ
ると、V1も同図（ｄ）のように上昇し、比較回路（53）
の出力は同図（ｅ）のようにＨレベルとなる。しかし、
このとき、時間−電圧変換回路（54）はリセットされて
いるので、その出力Vwは第４図（ｆ）のように０であ
る。
ると、V1も同図（ｄ）のように上昇し、比較回路（53）
の出力は同図（ｅ）のようにＨレベルとなる。しかし、
このとき、時間−電圧変換回路（54）はリセットされて
いるので、その出力Vwは第４図（ｆ）のように０であ
る。
（ウ）t3時に、入力電圧Viは、第４図（ａ）のように1/
2Vp以下になると比較回路（53）の出力は同図（ｅ）の
ようにＬレベルになる。
2Vp以下になると比較回路（53）の出力は同図（ｅ）の
ようにＬレベルになる。
（エ）t4時になると、トリガー信号が第４図（ｃ）のよ
うになくなり、時間−電圧変換回路（54）がセットされ
る。
うになくなり、時間−電圧変換回路（54）がセットされ
る。
（オ）このため、このセット時間内のt5時に入力電圧Vi
が第４図（ａ）のように1/2Vpを越えると、比較回路（5
3）の出力が同図（ｅ）のようにＨレベルとなり、時間
−電圧変換回路（54）の出力側に同図（ｆ）のようにVw
が現われる。
が第４図（ａ）のように1/2Vpを越えると、比較回路（5
3）の出力が同図（ｅ）のようにＨレベルとなり、時間
−電圧変換回路（54）の出力側に同図（ｆ）のようにVw
が現われる。
（カ）t6時にViが第４図（ａ）のように1/2Vp以下にな
ると比較回路（53）の出力は、同図（ｅ）のようにＬレ
ベルとなるので、時間−電圧変換回路（54）の出力Vwは
同図（ｆ）のようにViの半値幅T1に対応した電圧とな
り、以後この電圧が保持される。
ると比較回路（53）の出力は、同図（ｅ）のようにＬレ
ベルとなるので、時間−電圧変換回路（54）の出力Vwは
同図（ｆ）のようにViの半値幅T1に対応した電圧とな
り、以後この電圧が保持される。
（キ）t7時にトリガー信号が第４図（ｃ）のように現わ
れると、前記（ア）と同様にしてその立上りでピーク値
ホールド回路（51）がリセットされ、その出力電圧V1は
同図（ｄ）のように０になり、また時間−電圧変換回路
（54）もリセットされ出力Vwは同図（ｆ）のように０に
なる。
れると、前記（ア）と同様にしてその立上りでピーク値
ホールド回路（51）がリセットされ、その出力電圧V1は
同図（ｄ）のように０になり、また時間−電圧変換回路
（54）もリセットされ出力Vwは同図（ｆ）のように０に
なる。
以下同様の動作をくり返す。
制御回路（５）の入力回路（31a）は上記（ア）〜
（キ）のような動作をし、測定波形（34）のパルス幅
（半値幅T1）に対応した電圧VwをA/D変換器（37a）を介
して演算回路（32a）に出力する。この演算回路（32a）
は第１図の演算回路（32）と略同様に構成され、つぎの
ような機能を有する。
（キ）のような動作をし、測定波形（34）のパルス幅
（半値幅T1）に対応した電圧VwをA/D変換器（37a）を介
して演算回路（32a）に出力する。この演算回路（32a）
は第１図の演算回路（32）と略同様に構成され、つぎの
ような機能を有する。
すなわち、レーザー共振器（１）の共振器長Ｌが変化
せず、帰還系（２）の光路長ｄがｄ＝2nLを満足してい
るときは、制御回路（５）の出力電圧VoはVo1となり、
パルス幅電圧Vwは第６図に実線Paに示すように極小値と
なっている。したがってレーザー共振器（１）からは、
帰還系をもたない従来例と比べてサテライト光の発生が
少なく、かつ安定化、短パルス化および高出力化した光
パルス（17）の出力が得られる。
せず、帰還系（２）の光路長ｄがｄ＝2nLを満足してい
るときは、制御回路（５）の出力電圧VoはVo1となり、
パルス幅電圧Vwは第６図に実線Paに示すように極小値と
なっている。したがってレーザー共振器（１）からは、
帰還系をもたない従来例と比べてサテライト光の発生が
少なく、かつ安定化、短パルス化および高出力化した光
パルス（17）の出力が得られる。
また、温度変化等によってレーザー共振器（１）の共
振器長ＬがＬ±ΔＬに変化したときは、光路長ｄがｄ±
Δｄになったときにｄ±Δｄ＝2n（Ｌ±ΔＬ）の関係が
成立し、このときのVoとVwの関係が第６図に点線、一点
鎖線で示すQa、Raの如くなったものとすると、第１図の
作用の説明と同様にして、共振器長ＬがＬ＋ΔＬに変化
したときは点線QaにおいてVoがVwの極小値を与えるVo2
に収束し（すなわち光路長ｄをｄ＋Δｄにし）、ＬがＬ
−ΔＬに変化したときは、一点鎖線RaにおいてVoがVwの
極小値を与えるVo3に収束する（すなわち光路長ｄをｄ
−Δｄにする）。
振器長ＬがＬ±ΔＬに変化したときは、光路長ｄがｄ±
Δｄになったときにｄ±Δｄ＝2n（Ｌ±ΔＬ）の関係が
成立し、このときのVoとVwの関係が第６図に点線、一点
鎖線で示すQa、Raの如くなったものとすると、第１図の
作用の説明と同様にして、共振器長ＬがＬ＋ΔＬに変化
したときは点線QaにおいてVoがVwの極小値を与えるVo2
に収束し（すなわち光路長ｄをｄ＋Δｄにし）、ＬがＬ
−ΔＬに変化したときは、一点鎖線RaにおいてVoがVwの
極小値を与えるVo3に収束する（すなわち光路長ｄをｄ
−Δｄにする）。
前記実施例では、帰還系制御部はモニター光のSHG自
己相関測定波形のピーク値またはパルス幅を電圧値に変
換し、ピーク電圧が極大値になるように、またはパルス
幅電圧が極小値となるように帰還系の光路長ｄを制御す
るようにしたが、これに限るものでなく、第１図に一点
鎖線で示すようにSHG自己相関波形測定装置（４）のSHG
結晶（24）で発生した第２高調波を分岐器（61）で分岐
し、この分岐光のエネルギーを光検出器（62）で電圧に
変換し、この電圧が最大値となるように帰還系（２）の
光路長ｄを制御するようにしてもよい。
己相関測定波形のピーク値またはパルス幅を電圧値に変
換し、ピーク電圧が極大値になるように、またはパルス
幅電圧が極小値となるように帰還系の光路長ｄを制御す
るようにしたが、これに限るものでなく、第１図に一点
鎖線で示すようにSHG自己相関波形測定装置（４）のSHG
結晶（24）で発生した第２高調波を分岐器（61）で分岐
し、この分岐光のエネルギーを光検出器（62）で電圧に
変換し、この電圧が最大値となるように帰還系（２）の
光路長ｄを制御するようにしてもよい。
また、第１図または第３図に示すようなSHG自己相関
波形測定装置（４）を用いずに、第７図に示すようにレ
ーザー共振器からモニターしたモニター光（18）をSHG
結晶（71）から発生した第２高調波を第２高調波のみを
通すフィルター（72）を介して光検出器（73）に入力す
ることによって電圧に変換し、この電圧が最大値になる
ように第１図の制御回路（５）を用いて帰還系（２）の
光路長ｄを制御するようにしてもよい。
波形測定装置（４）を用いずに、第７図に示すようにレ
ーザー共振器からモニターしたモニター光（18）をSHG
結晶（71）から発生した第２高調波を第２高調波のみを
通すフィルター（72）を介して光検出器（73）に入力す
ることによって電圧に変換し、この電圧が最大値になる
ように第１図の制御回路（５）を用いて帰還系（２）の
光路長ｄを制御するようにしてもよい。
前記フィルター（72）は、例えば、第２高調波の基本
波長が600nmのときには可視光をカットして紫外線を透
過するように構成される。
波長が600nmのときには可視光をカットして紫外線を透
過するように構成される。
前記実施例では、光パルスの往復光路を形成するレー
ザー共振器と、このレーザー共振器から放出された光パ
ルスをレーザー共振器内の光パルスに重なるようにレー
ザー共振器内へ戻す帰還系とを具備してなる高繰り返し
パルスレーザー装置に本発明を利用するようにしたが、
本発明はこれに限るものでなく、循環光路から放出され
た一方回りの光パルスを他方回りの光パルスに重なるよ
うに循環光路に戻す帰還系を具備したCPMリング色素レ
ーザー装置のような高繰り返しパルスレーザー装置につ
いても本発明を利用することができる。
ザー共振器と、このレーザー共振器から放出された光パ
ルスをレーザー共振器内の光パルスに重なるようにレー
ザー共振器内へ戻す帰還系とを具備してなる高繰り返し
パルスレーザー装置に本発明を利用するようにしたが、
本発明はこれに限るものでなく、循環光路から放出され
た一方回りの光パルスを他方回りの光パルスに重なるよ
うに循環光路に戻す帰還系を具備したCPMリング色素レ
ーザー装置のような高繰り返しパルスレーザー装置につ
いても本発明を利用することができる。
［発明の効果］ 本発明による高繰り返しパルスレーザー安定化装置
は、上記のように、レーザー共振器と、帰還系と、レー
ザー共振器または帰還系のいずれか一方の光パルスをモ
ニターし、このモニター光の強度が極大値となるように
又はモニター光のパルス幅が極小値となるように、帰還
系の光路長を制御する帰還系制御部とを設けて、温度変
化等によってレーザー共振器の共振器長Ｌが変わって
も、これに対応して帰還系の光路長を可変制御し、モニ
ター光の強度が極大値となるか又はモニター光のパルス
幅が極小値となるようにした。このため、帰還系のない
従来例と比べて、サテライトパルスの発生が少なく、よ
り安定化、短パルス化および高出力化した光パルス出力
を得ることができるだけでなく、温度変化等によってレ
ーザー共振器長Ｌが変化しても上述のような優れた特性
を有する光パルス出力を維持することができる。
は、上記のように、レーザー共振器と、帰還系と、レー
ザー共振器または帰還系のいずれか一方の光パルスをモ
ニターし、このモニター光の強度が極大値となるように
又はモニター光のパルス幅が極小値となるように、帰還
系の光路長を制御する帰還系制御部とを設けて、温度変
化等によってレーザー共振器の共振器長Ｌが変わって
も、これに対応して帰還系の光路長を可変制御し、モニ
ター光の強度が極大値となるか又はモニター光のパルス
幅が極小値となるようにした。このため、帰還系のない
従来例と比べて、サテライトパルスの発生が少なく、よ
り安定化、短パルス化および高出力化した光パルス出力
を得ることができるだけでなく、温度変化等によってレ
ーザー共振器長Ｌが変化しても上述のような優れた特性
を有する光パルス出力を維持することができる。
第１図は本発明による高繰り返しパルスレーザー安定化
装置の一実施例を示す構成図、第２図は第１図の作用を
説明する特性図、第３図は他の実施例を示す要部構成
図、第４図は第３図の実施例の作用を説明するタイミン
グ図、第５図は第３図の時間−電圧変換回路の特性図、
第６図は第３図の実施例の作用を説明する特性図、第７
図はさらに他の実施例を示す要部構成図である。 （１）……レーザー共振器、（２）……帰還系、（３）
……帰還系制御部、（４）……SHG自己相関波形測定装
置、（５）……制御回路、（17）……光パルス、（18）
（18a）（18b）（18c）（18d）……モニター光。
装置の一実施例を示す構成図、第２図は第１図の作用を
説明する特性図、第３図は他の実施例を示す要部構成
図、第４図は第３図の実施例の作用を説明するタイミン
グ図、第５図は第３図の時間−電圧変換回路の特性図、
第６図は第３図の実施例の作用を説明する特性図、第７
図はさらに他の実施例を示す要部構成図である。 （１）……レーザー共振器、（２）……帰還系、（３）
……帰還系制御部、（４）……SHG自己相関波形測定装
置、（５）……制御回路、（17）……光パルス、（18）
（18a）（18b）（18c）（18d）……モニター光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−218894（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−23944（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭48−22314（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (6)
- 【請求項１】レーザー共振器と、このレーザー共振器か
ら放出された光パルスに光学的遅延を与えて前記レーザ
ー共振器内の光パルスに重ねるように前記レーザー共振
器内へ戻す帰還系と、前記レーザー共振器または帰還系
のいずれか一方の光パルスをモニターし、このモニター
光の強度が極大値となるか又は前記モニター光のパルス
幅が極小値となるように前記帰還系の光路長を制御する
帰還系制御部とを設けてなることを特徴とする高繰り返
しパルスレーザー安定化装置。 - 【請求項２】帰還系制御部は、レーザー共振器または帰
還系のいずれか一方からモニターした光パルスの波形を
測定する自己相関波形測定装置と、この測定波形のピー
ク値を対応した電圧値に変換する変換器と、この変換器
の出力が極大値となるように帰還系の光路長を制御する
制御回路とからなる特許請求の範囲第１項記載の高繰り
返しパルスレーザー安定化装置。 - 【請求項３】帰還系制御部は、レーザー共振器または帰
還系のいずれか一方からモニターした光パルスの波形を
測定する自己相関波形測定装置と、この測定波形のパル
ス幅を対応した電圧値に変換する変換器と、この変換器
の出力が極小値となるように帰還系の光路長を制御する
制御回路とからなる特許請求の範囲第１項記載の高繰り
返しパルスレーザー安定化装置。 - 【請求項４】帰還系制御部は、レーザー共振器または帰
還系のいずれか一方からモニターした光パルスを２分岐
する分岐器と、この分岐器で分岐された一方の光パルス
に一定の光学的遅延を与え、他方の光パルスに可変の光
学的遅延を与える光学的遅延器と、この光学的遅延器か
ら出力する２つの光パルスを重ね合わせて第２高調波を
発生するSHG結晶と、このSHG結晶で発生する第２高調波
の強度を対応した電圧値に変換する変換器と、この変換
器の出力が極大値となるように帰還系の光路長を制御す
る制御回路とからなる特許請求の範囲第１項記載の高繰
り返しパルスレーザー安定化装置。 - 【請求項５】帰還系制御部は、レーザー共振器または帰
還系のいずれか一方からモニターした光パルスを２分岐
する分岐器と、この分岐器で分岐された２つの光パルス
に相対距離の等しい光学的遅延を与える光学的遅延器
と、この光学的遅延器から出力する２つの光パルスを重
ね合わせて第２高調波を発生するSHG結晶と、このSHG結
晶で発生する第２高調波の強度を対応した電圧値に変換
する変換器と、この変換器の出力が極大値となるように
帰還系の光路長を制御する制御回路とからなる特許請求
の範囲第１項記載の高繰り返しパルスレーザー安定化装
置。 - 【請求項６】帰還系制御部は、レーザー共振器または帰
還系のいずれか一方からモニターした光パルスから第２
高調波を発生するSHG結晶と、このSHG結晶で発生する第
２高調波の強度を対応した電圧値に変換する変換器と、
この変換器の出力が極大値となるように帰還系の光路長
を制御する制御回路とからなる特許請求の範囲第１項記
載の高繰り返しパルスレーザー安定化装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62236654A JP2554893B2 (ja) | 1987-09-21 | 1987-09-21 | 高繰り返しパルスレーザー安定化装置 |
| US07/246,601 US4866721A (en) | 1987-09-21 | 1988-09-20 | Pulsed laser stabilizing device |
| GB8822230A GB2210194B (en) | 1987-09-21 | 1988-09-21 | Pulsed laser stabilizing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62236654A JP2554893B2 (ja) | 1987-09-21 | 1987-09-21 | 高繰り返しパルスレーザー安定化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6480084A JPS6480084A (en) | 1989-03-24 |
| JP2554893B2 true JP2554893B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=17003812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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