JPH0193190A - 高周波光ビートを有する２周波安定化レーザー装置 - 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】 ａ）産業上の利用分野 未発ＩＩＩは、２周波ゼーマンレーザーにおいて光ビー
ト周波数を他の発振器でつくられた基準周波数に一致さ
せることにより、高い確度で周波数の安定化を行なう周
波数安定化レーザーに関する。

ｂ）従来の技術とその問題点 従来のこの種の装置は光ビート周波数を周波数−電圧変
換して制御信号をつくることを基本としているが、この
ような装置は以下のような欠点を有している。

いくつかのレーザー放電管について′２周波ゼーマンレ
ーザーの光ビート周波数ｆ８　　とレーザー光の発振周
波数ｆ【　の間の関係を求めると第１図のような結果が
得られる。すなわち、放電管Ａ、Ｂ。

Ｃの光ビート周波数の中心値は大幅に異なるが。

ｆ８　　の変化とｆＬ　　の変化の割合はレーザー放電
管にはよらずはｑ一定である。

−・方、２周波ゼーマンレーザーが干渉距離計の光源に
用いられ光ビート周波数が距離計の動作速度の限界を与
える場合があり、距離計の高速化のため光ビート周波数
の中心値が高いレーザー放電管を使用することが望まれ
る場合がある。

周波数を電圧に変換する変換器でｒｔＡｇ４電圧信号を
つくるとき、変換器を構成する電子素子の温度特性の影
響があるが、この影響の表われ方は光ビート周波数の中
心値が高くなる程はげしくなる。

共振器長の制ａＳ−作開始以前においては変換器の出力
電圧はモードホップに応じて周期的に変化するが、光ビ
ート周波数の変化範囲は第１図から判るようにレーザー
放電管によらずはダ一定であるため、変換器の電子素子
の温度の通電による上昇による出力電圧の変化は中心値
の高いもの程いちじるしい、第２図ａに中心周波数が低
い場合、ｂは高い場合の出力電圧ｖｃの変化の様子を示
す。

基準周波数をつくり、光ビート周波数の差を求めてこの
差がなくなるよう補正を行なう方式におい゛ては、制御
動作が開始された後では素子の特性の変化の影響は皆無
であるが、動作開始時には大きな問題となる。すなわち
、動作開始時においては変換器の出力電圧の変化に応じ
て、ｉｔ制御信号の電圧の値が十分大きく変化する必要
があるが、温度ドリフトにより動作点が移動するとその
事が望めなくなる。光ビート周波数が　８００ＫＨｚ　
　位であればドリフトのｗ！Ｆは無視できるが、ｌＮｉ
１ｚをこえると一般の電子素子では常に確実なａｍ動作
を始めることの保ｌがむつかしくなる。従って光ビート
周波数が高いレーザー放電管を使用した安定化レーザー
をつくるには極めてむつかしい温度ドリフトの対策が要
求される。

Ｃ）問題点を解決するための手段 光ビート周波数を、別途定める基準周波数に無限に近づ
けるようレーザー共振器の長さを制御するのであるが１
本発明は基準周波数と光ビート周波数の差を求め、この
差の周波数を周波数−電圧変換するもので、取扱う周波
数ならびに変換電圧は常に零の近くとなり、温度ドリフ
トの影響が小さい低周波領域で動作させることとなるの
で１問題点は根本的に解決される。

ｄ）発す１の効果 上記の手段により、高い光ビート周波数を有する周波数
安定化ゼーブンレーザーの動作開始時の誤動作の発生を
皆無とすることができ、高速干渉測長装置の光源として
都合のよい光ビート周波数の高いレーザーを安定供給す
ることが可能となる。

ｅ）実　施　例 １７ｓ３図は本発明の一実施例に係る装置を示す概略構
成図である。

磁石Ｎ、Ｓの磁界の中におかれた内部鏡形レーザー放電
管！の発振光を、偏光子３を通して検知器４で検知する
と直交する偏光間の光ビートが得られる。この光ビート
は共振器長の変化に応じて周期的に変化している。光ビ
ート信号は高周波増＠＄５で増幅され、コンパレーター
６でＴＴＬのための方形波に波形成形される。

一方水晶発振器７の発する交番信号は１分周カウンター
８で分周され、基準周波数を与える信号がつくられる。

この基準周波数の値の設定はコードスイッチ８ａ、８ｂ
で行なわれる。コンパレーター６の出力の周波数、すな
わち光ビート周波数と基準周波数の周波数差は周波数差
計数装置９により求められ１周波数差が正の場合はアッ
プ回線Ｕに差周波に相当するパルスが現われ、負の場合
にはダウン回＆ｌＤにパルスが現われる０回線Ｕに現わ
れたパルス列は正極性微分回路１０ａによって正のパル
ス列となり１回線りに現われたパルスは負極性微分回路
１０ｂによって負のパルスとなることにより、周波数差
の正負により正負の電気極性を有し１周波数が差周波数
に比例したパルス列を得ることができる。このパルス列
の周波数−電圧変換を変換器１１で行ない制御信号をつ
くる。

変換器は短い時定数を有する積分回路で構成することが
できる。制御信号は加算回路１２を通って電力増幅回路
１３で増幅され、電熱ヒーター２に供給され、レーザー
放電管の管壁温度な制御することにより共振器長の制御
が行なわれる。この際の制御の目標値はバイアス信号発
生器１４で決定することができる０以上のシステムによ
り共振器長を一定として、光ビート周波数をはＣ一定に
保つことができる。

微分回路１０ａ、１０ｂによって得られるパルス列の電
荷は枯分器１５で蓄植される蓄請量に比例した摂動電圧
信号がつくられ、その電圧は加算回路１２でｉ’ｌＪＩ
御信号に加算され、徐々にバイアスレベルの移動が行な
われる。この移動は正極性（負極性）のパルスが多い峙
はそれが少なくなるような方向に行なわれ正（負）のパ
ルス数と負（正）のパルスが等しくなるまで続く、また
正（負）のパルスの数が多いときは移動の速さは速く、
その数が少なくなると次第に速さが低下し負（正）のパ
ルスが現われはじめると移動はさらに遅くなり正負同数
となる頃には移動速度は無限小となる。

バイアスレベルの移動というのはそれが速さに過ぎると
制御システムの乱れの原因となるので遅い程スムースな
制御がなされることから、目標（ｄと現状値が離れてい
るときは速く移動し、それが近付くと次第にゆっくり移
動するといった！ＩＩｓが理想とされるが、上記の摂動
の与え方はまさに理想通りとなっている。

以上のごとく、差周波を基に制御信号をつくることによ
り、温度ドリフトの影響を無視できると共にブイルドな
摂動電圧の作成法を用いることにより摂動が乱れの原因
とならない周波数安定化レーザー装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、および第２図は本発明の説明図、第３図は本発
明の一実施例に係る安定化レーザー装置を示す概略構成
図である。 １　・・・・・・・・・・・・レーザー放電管２　　・
・・・　・・・・・・・・　電　熱　　ヒ　　−　　タ
　　−　　−３・・・・・・・・・・・・偏　光　子４
・・・・・・・・・・・・検　知　器５　・・・・・・
・・・・・・高周波増幅器６　・・・・・・・・・・・
・コンパレーター７・・・・・・・・・・・・水晶発振
器８　・・・・・・・・・・・・分周カウンター８ａ、
８ｂ・・・・・コードスイッチ ９　・・・・・・・・・・・・周波数差計数装置１０ａ
・・・・・・・・・・・正極性微分回路１０ｂ・・・・
・・・・・・・負極性微分回路１．１　　・・・・・・
・・・・−・周波数−電圧変換器１２・・・・・・・・
・・・・加算回路１３　・・・・・・・・・・・・電力
増幅回路１４　・・・・・・・・・・・・バイアス電圧
発生器１５　・・・・・・・・・・・・　積　　　分　
　　器Ｎ、Ｓ・・・・・・・・・・・磁　　石Ｕ　・・
・・・・・・・・・・・・アップ回路Ｄ　・・・・・・
・・・・・・・・ダウン回路−一つを 中２１４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 異なる周波数を有しかつ互いに直交した偏光の間の光ビ
   ート周波数が特定の値となるごとく共振器の長さを制御
   するレーザーにおいて、偏光間の光ビート周波数と水晶
   発振器等によりつくられる基準周波数の差の周波数を求
   める差周波検出手段と、該差の周波数を電圧等の制御信
   号に変換する周波数−電圧変換手段と、該制御信号を増
   幅して電熱ヒーター等を用いてレーザー放電管の温度を
   制御して共振器長さ制御する手段から構成されるシステ
   ムにより共振器長さをほゞ一定にすると共に、前記差の
   周波数の正負および大小に応じ、正負の電気極性および
   周波数の高低を有する電気パルス列をつくり、さらに該
   電気パルス列の電荷を徐々に積分して摂動電圧信号をつ
   くり、該摂動電圧信号を前記の制御信号に加算して制御
   信号の平均値すなわち共振器長の長さを徐々に移動させ
   る機能を有することを特徴とする周波数安定化レーザー
   装置。