JPH02111090A - レーザ安定化方法 - 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】 し産業上の利用分野コ この発明は、複数のエタロンにより狭帯域化されたレー
ザビームの波長及び出力を安定化する方法に関し、特に
発振及び停止を繰り返す運転モードにおいても速やかに
安定１ヒできるレーザ安定化方法に関するものである。

［従来の技術］ 第８図は、例エバ雑誌ｒＣＡＮ、Ｊ、ＰＨＹＳ、ＶＯＬ
、６３．１９８５（第２１４〜２１９頁）」の［エキシ
マレーザ発振器のスペクトル侠帯域化技術（Ｓ　ｐｅｃ
ｔｒａｌ−ｎａｒｒｏｕ＋ｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
　ｆｏｒ　　ｅｘｃｉＩＩＩｅｒ　１ａｓｅｒ　ｏｓｃ
ｉｌｌａｔｏｒｓ）」に記載された、−殻内な狭帯域レ
ーザ装置を示す構成図である。

図において、（１）はレーザ媒質、（２）はレーザ媒質
（１）の一端側に設けられた全反射鏡、（３）はレーザ
媒質（１）の他端側に設けられた部分反射鏡であり、こ
れらは光共振器（レーザ発振器）を構成している。

（４）及び（５）はレーザ光路中に配置されたファブリ
ペローエタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ　ｅｔａｒｏ
ｎ）であり、（４）はｌ用のファブリペローエタロン（
以下、単に粗調エタロンというＬ（５）は微調用のファ
ブリペローエタロン（以下、単に微調エタロンという）
である。各エタロン（４）及び（５）は、石英ガラス鏡
面を対向させたものであり、粗調エタロン（４）は微調
エタロン（５）よりも鏡面間藤が狭く設定されている。

又、各エタロンく４）及び（５）は、全反射を防ぐため
、レーザ光路に対してわずかに角度をもって配置されて
いる。

（６）は部分反射鏡（３）から放射されるレーザビーム
である。

次に、第８図に示したレーザ装置の動作について説明す
る。

電圧の印加によりレーザ媒質（１）が励起されると、励
起及び遷移の繰り返しによってコヒーレント光が発生し
、この光は、全反射鏡（２）及び部分反射鏡（３）から
なる光共振器中を何度も往復する間に増幅され、最終的
に所定出力のレーザビーム（６）として収り出される。

このようなレーザ装置のうち、エキシマレーザ、半導体
レーザ、色素レーザ、又は一部の固体レーザ等は発振波
長幅が広いが、光共振器中に分光素子を挿入することに
より発振波長幅を狭くできることが知られている。従っ
て、図示したように、複数のエタロン即ち粗調エタロン
（４）及び微調エタロン（５）を挿入すれば、限りなく
単色に近い所望波長のレーザビーム（６）を取り出すこ
とができる。

第９図は波長λに対する各分光特性［Ａであり、（ａ）
は粗調エタロン（４）による透過特性図、（ｂ）は微調
エタロン（５）による透過特性図、（Ｃ）はレーザ媒質
（１）によるレーザゲインプロフィール特性図、（ｄ）
は狭帯域化されたレーザビーム（６）の出力特性図であ
る。

第９図（ａ）及び（ｂ）において、各エタロン（４）及
び（５）の透過特性の冬山のピーク波長λ繭は、λｍ＝
２・ｎ・ｄ−ＣＯ８θ／ｍ　　　　　−・・■で表わさ
れる。但し、ｎはエタロンを構成する２枚の鏡面の間に
ある物質の屈折率、ｄは鏡面の間の距離、θはエタロン
に対する光の入射角、輸はエタロンの次数に相当する整
数であり、複数の山のピーク位置はそれぞれ整数−の違
いに対応している。

ここでは、粗調エタロン（４）のピーク波長をλｍ１、
微調エタロン（５）側のピーク波長をλｍ２で示してお
り、これらは、■式から明らかなように、鏡面間物質の
屈折率ｎ、鏡面間隔ｄ、又は光の入射角θを変えること
により任意に変えることができる。

又、冬山のピークとピークとの間の距離は、自由スペク
トル領域ＦＳＲと呼ばれ、 ＦＳＲ−λｍ　／　２　・ｎ　−ｄ−ｃｏｓθ＝　１　
／　ｍ　　　　　　　　　　　　　　・・・■で表わさ
れ、各ピークの半値幅Ｗ＾は、Ｗλ＝ＦＳＲ／ア　　　
　　　　・・・■で表わされる。但し、アはフィネスと
呼ばれる値（約２０程度）であり、エタロンの性質によ
り決定するものである。ここでは、粗調エタロン（４）
の自由スペクトル領域及び半値幅をＦＳＲ，及びＷλ微
調エタロン（５）の自由スペクトル領域及び半値幅をＦ
ＳＲ２及びＷλ２でそれぞれ示している。

一方、レーザ媒質（１）により決定するレーザゲインプ
ロフィールは、第９図（ｃ）に示した通りであり、もし
光共振器中にエタロン等の分光素子が存在しなければ、
ゲインの存在する全ての波長範囲（ゲイン範囲）で光が
増幅されてレーザビーム（６）となる。

ここで、粗調エタロン（４）の１つのピーク波長λｍ、
が、ゲイン範囲内の任意の設定波長λ。と一致するよう
に、且つ、１つのピーク波長λｍｌ以外の他のピーク波
長がゲイン範囲内に存在しないように鏡面間蔭ｄ１等を
設定すれば、設定波長λ。において光損失が少ない状態
が実現し、設定波長λ。の光のみが増幅されて発振する
。第９図では、設定波長λ。がゲイン範囲の中心波長で
ある場合を示している。

ゲイン範囲内に粗調エタロン（４）のピーク波長λｍ、
を１つのみ存在させるためには、自由スペクトル傾城Ｆ
ＳＲ，の最低値が制限される。又、フィネスアはエタロ
ンの性質により決定する値であり、せいぜい２０程度で
あるから、０式より、１枚の粗調エタロン（４）のみで
狭帯域化できる波長幅には限度がある。

ここで、更に、微調エタロン（５）を設け、そのピーク
波長λｍ２が設定波長λ。と一致し、且つ、自由スペク
トル領域Ｆ　Ｓ　Ｒ２が、 ＦＳＲ２≧Ｗλ となるように設定すると、第９図（ｄ）のように設定波
長λ。を中心として狭帯域化されたレーザビーム〈６）
が得られる。

こうして、もともと第９図（ｃ）のような分光特性のレ
ーザビームは、各エタロン（４）及び（５）を透過する
ことにより、各ピーク波長λｍ＋及びλｍ２が重なる設
定波長λ。を中心とする第９図（ｄ）のような狭い波長
範囲で発振する。実際には、発振中に各エタロン（４）
及び（５）を何度も通るため、レーザビーム（６）の線
幅は各エタロン（４）及び（ら）で決定する波長幅の１
７２〜１／１０となる。

しかし、前述の雑誌にも記載されているように、レーザ
ビーム（６）の短期間の安定性については、光共振器を
改良したり各エタロン（４）及び（５）に対する入射角
θを小さくすることにより改善できるが、長期的には、
熱的な問題、特にレーザビーム（６）が各エタロン（４
）及び（５）を透過するときの発熱による波長シフトが
大きな問題である。

第１０図は発熱による波長シフトを示す各分光特性図で
あり、（ａ）は粗調エタロン（４）のピーク波長λｍ４
、（ｂ）は微調エタロン（５）のピーク波長λｍ２、（
ｃ）はレーザビーム（６）の出力の場合をそれぞれ示し
、実線は発振直後の分光特性、破線は経時変化後の分光
特性である。

第１０図から明らかなように、発振直ｔ＆（実線）は各
ピーク波長λｍ１及びλｍ、が設定波長λ。と一致して
いるが、発熱によりエタロンが変形すると、各ギャップ
長く鏡面間隔）ｄｌ及びｄ２が変化して、ピーク波長λ
請、及びλｍ２は破線のようにシフトする。

このとき、波長シフト量Δλと鏡面間隔ｄの変化量Δｄ
との関係は、 八λ−（λｍ／ｄ）・Δｄ　　　　　・・・■で表わさ
れ、波長シフトの方向は、エタロンの構造等により決定
する。第１０図及び０式から明らかなように、鏡面間隔
ｄ、の小さい粗調エタロン（４）の波長シフト量Δλ１
は、鏡面間隔ｄ２が大きい１紋調エタロン（５）の波長
シフト量Δλ２よりも大きくなる。

このように、発熱により各ピーク波長λｍ１及びλｍ、
がシフトすると、 λｍ、≠λｌ１１２ となり、且つ、両者を重ねたときの光透過量は、λｍ、
−λ論。

の場合と比べて減少する。従って、レーザビーム〈６）
は、第１０図（ｃ）に示すように、中心波長が設定波長
λ。から微調エタロン（５）のピーク波長λ＋１１２に
シフトすると共に、出力がΔＰだけ減少する。

又、粗調エタロン（４）のピーク波長λｍ１のシフト量
Δ＾ｌが大きい場合は、微調エタロン（５）の他のピー
ク波長λｖａ２／により、他のモードでの同時発振が発
生する可能性がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の狭帯域レーザ装置は以上のように、レーザ発振中
の熱的な問題を考慮していないので、発振開始時並びに
発振及び停止の繰り返し時におけるレーザビーム（６）
の波長及び出力を安定化することができず、熱的な問題
が起こりにくい低出力の狭帯域レーザ発振装置にしが適
用できないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、波長シフト補正手段及び出力制御手段を用い
て、システム立上げ時のようなコールドスタート時又は
発振及び停止の繰り返し運転時においても、発振開始時
のレーザビームの波長及び出力を安定化できるレーザ安
定化方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段〕 この発明に係るレーザ安定化方法は、レーザビームの波
長情報に基づいて、微調エタロンを調整してレーザビー
ムの波長を安定化する波長制御ステップと、レーザビー
ムの出力情報に基づいて、［１エタロンを調整してレー
ザビームの出力を安定化する出力制御ステップと、シス
テムが投入されたときに各種パラメータを初期化するス
テップと、レーザ発振を開始したときに、コールド状邪
又はホット状態を表わすパラメータＫに基づいてコール
ドスタートであるか否かを判定するステップコールドス
タートを判定したときに、一定の印加電圧で発振させな
がら波長制御ステップを実行して暖気運転し且つ粗調エ
タロンの最適位置をサーチ処理するシステム起動制御ス
テップと、レーザビームの波長及び出力がそれぞれ設定
値に対して所定範囲内になったときに、パラメータＫを
ホット状態の値に設定するステップと、発振が停止した
ときに、発振停止後の発振停止時間を計算するステップ
と、発振停止時間が設定時間より大きくなったときにパ
ラメータＫをコールド状態の値に設定するステップとを
含むものである。

又、この発明の別の発明に係るレーザ安定化方法は、レ
ーザビームの波長情報に基づいて、（敢謂エタロンを調
整してレーザビームの波長を安定化する波長制御ステッ
プと、レーザビームの出力情報に基づいて、粗調エタロ
ンを調整してレーザビームの出力を安定化する出力制（
１ステツプと、システムが投入されたときに各種パラメ
ータを初期化するステップと、コールド状態又はホット
状態を表わすパラメータＫに基づいてコールド状態を判
定したときに、波長制御ステップにおける（攻調エタロ
ンの初期制御量Ｙ。を記憶して、パラメータＫをホット
状態の値に設定するステップと、波長制御ステップにお
ける微調エタロンのトータル制御紙Ｙを計算するステッ
プと、出力制御ステップにおける粗調エタロンのトータ
ル制御量Ｚを計算するステップと、発振が停止したとき
に、発振停止後の発振停止時間を計算するステップと、
発振が停止しているときに、発振停止時間及び熱時定数
に基づいて、微調エタロン及び粗調エタロンの各補正制
御量を計算し、微調エタロン及び粗調エタロンを補正駆
動するステップと、各補正制御量及び初期制御量に基づ
いて各トータル制御量Ｙ及び２を補正するステップと、
発振停止時間が設定時間より大きくなったときにパラメ
ータＫをコールド状態の値に設定するステップとを含む
ものである。

［作用］ この発明においては、システム立上げ直後等のコールド
スタート時には、微調エタロン制御による暖気運転並び
に粗調エタロン制御によるサーチ処理からなるシステム
起動制御を行ない、慣らし運転した後に通常制御のレー
ザビームを出力することにより、熱変形に起因する不安
定なレーザビームの出力を防止し、又、発振再開時等の
ホットスタート時には、システム起動制御を省略してレ
ーザビームを速やかに安定化させる。

又、この発明の別の発明においては、発振停止後に、発
振定数時間及び熱時定数を考慮して各サーボ機構を補正
駆動し、微調エタロン及び粗調エタロンの制御量を追従
補正することにより、再起動後のレーザビームを速やか
に安定化させる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明が適用される帯域レーザ装置を示す構成図
であり、（１）〜（６）は前述と同様のものである。

（７）及び（８）はレーザビーム（６）の一部を反射さ
せるビームスプリッタ、（９）はビームスプリッタく７
）で反射された一部のレーザビーム（６八）に基づいて
レーザビーム（６）の波長情報λＫを出力する波長モニ
タ機構、（１０）はビームスプリッタ（８）で反射され
た一部のレーザビーム（６Ｂ＞に基づいてレーザビーム
（６）の出力情報Ｐを出力する出力モ二タ機構、（１１
）は１１Ｎ調エタロン（４）を調整するための粗調サー
ボ機構、（１２）は微調エタロン（５）を調整するため
の微調サーボ機構である。

（１３）はＣＰＵ及びメモリ等を有しレーザ装置のシス
テム全体を制御するための制御手段であり、出力情報Ｐ
に基づいて、レーザ媒Ｍ（１）に対する印加電圧指令■
又は粗調サーボ機構（１１）に対する粗調指令Ｃを出力
すると共に、波長情報λにに基づいて、微調サーボ機構
（１２）に対する微調指令りを出力するようになってい
る。

又、第２図は第１図内の波長モニタ機構（９）を詳細に
示す構成図であり、（２１〉はビームスプリッタ（７）
からのレーザビーム（６＾）を弱めたり拡散させたりす
るインテグレータである。

（２２）はインテグレータ（２１）を通したレーザビー
ム（６＾）を分光する手段であり、例えば微調エタロン
（５）よりも更に狭い半値幅（Ｗλ）の透過特性を有す
るファブリペローエタロン（以下、単にエタロンという
）から構成されている。

（２３）はエタロン（２２）を通したレーザビーム（６
＾）′５：集光させる結像レンズ、（２４）は結像レン
ズ（２３）により結像されたレーザビーム（６＾）の干
渉縞を観測するための一次元イメージセンサからなる撮
像素子、（２５）は撮像素子（２４）上の干渉縞を解析
するための画像処理部である。

尚、波長モニタｆｉＩｌ！（９）の分光素子として、エ
タロン（２２）を用いたが、例えば雑誌ｒｌＥＥＥジャ
ーナル量子電子工学（Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｑｕａｎｔｕｍ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）ＱＥ−１４（７８）４７Ｊ
に記載されたように、グレーティングやプリズム、又は
フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）の干渉計等を用いてもよい。

次に、第３図の干渉縞分布図を参照しながら、第２図に
示した波長モニタ機構（９）の動作について説明する。

ビームスプリッタ（７）により分割された一部のレーザ
ビーム（６八）は、インテグレータ（２１）により弱め
られ又は拡散させられた後、エタロン（２２）を通して
結像レンズ〈２３）に達する。このとき、インテグレー
タ（２１）により生じた発散成分のうち、エタロン（２
２）に対して特定の入射角αを持つ成分のみがエタロン
（２２）を透過して結像レンズ（２３）に到達する。

そして、結像レンズ（２３）により集束されたレーザビ
ーム（６＾）は、撮像素子（２４）上に結像される。

このとき、結像レンズ（２３）の焦点距離をｆとすれば
、入射角αの成分を持つレーザビーム（６＾）は、焦点
位置において、結像レンズ（２３）の軸からｆαだけ離
れた位置に集光されて、第３図のように円形の干渉縞を
形成する。ここで、干渉縞出力の各ピーク位置Ｘはエタ
ロン（２２）の次数ｍの違いに対応しており、冬山のピ
ーク間隔は自由スペクトル領域と呼ばれ、この範囲内で
波長λを一意的に決定することができる。この自由スペ
クトル領域は、エタロン（２２）の設計により決定でき
、予測される波長シフト八λの値よりも広く設定されて
いる。

又、干渉縞の中心からの距離即ちピーク位ｉＷｘはレー
ザビーム（６＾）の波長分布に対応した光強度分布を持
っているので、ピーク位１ｆｆｘを観測すれば入射角α
が求まり、更に、前述の０式より波長λを計算すること
ができる。このとき、入射角αを求めるために画像処理
部（２５）が用いられる。

尚、制御をかけずに長時間発振動作させると、前述の波
長シフトにより、第３図の破線のように、ピーク位７′
ｔｘが設定波長λ。に対応する所定位置ｘ０からシフト
する。このとき、ピーク位置の光強度も減少するので、
この強度変化を測定することにより、波長モニタ機構（
９）が出力モニタ機構（１０）を兼用することもできる
。

次に、第１図〜第３図、並びに第４図及び第５図のフロ
ーチャート図を参照しながら、この発明の一実施例につ
いて説明する。

電源が投入されると、制御手段り１３）は、第４図及び
第５図に示すシーケンスを実行するが、まず、システム
を初期化すると共に各種パラメータを初期化しくステッ
プＳｌ）、レーザ発振の開始を待機する（ステップＳ２
）。

ステップＳ２においてレーザ発振の開始を判定すると、
コールド（Ｋ　＝　Ｏ）又はホット（Ｋ＝１）を示すパ
ラメータＫが０であるか否かを判定しくステップＳ３）
、もしに−１（ホットスタート）であればステップＳ７
に進む。

又、システム立上げ時の発振開始（コールドスタート）
であれば、初期化ステップＳ１においてに＝０が設定さ
れているので、ステップＳ２においてコールドスタート
であることを判定してステップＳ４に進み、暖気運転処
理を実行する。

！０ち、レーザ媒質（１）に対する印加電圧を一定に保
ちながら、波長モニタＩ講（９）及び微調サーボ機構（
１２）を用いて微調エタロン（５）を制御し、レーザビ
ーム（６）の波長λが設定波長λ。と一致するように安
定化すると共に、１１調エタロン〈４）を、無制御状態
にするか、又は出力モニタＲｉ（１０）及び粗調す−ボ
機構＜１１）を用いてレーザビーム（６〉の出力が最大
になるように制御する。尚、ＩＴＩＪエタロンく４）及
び微調エタロン（５）の各制御動作の詳細については？
裔述する。

続いて、出力モニタ機構（ｌＯ）及び粗調サーボ機１（
＋１＞を用いて、粗調エタロン（４）を最適化するため
のサーチ制御、例えば圧力サーチ処理を実行しくステッ
プＳ５）、このサーチ処理結果に基づいて最適圧力の設
定処理を実行する（ステップＳ６）。

即ち、粗調エタロン（４）の鏡面間圧力又は角度を特定
の範囲で変化させ、レーザビーム（６）の出力が最大と
なる鏡面間隔ｄ、又は入射角θ２のｉｎ位置を検出しく
ステップＳ５）、この検出結果に基づいて、粗調エタロ
ン（４）の圧力又は角度を最適位置に設定する（ステッ
プＳ６）。ここでは、サーチステップＳ５において圧力
を変化させ、最適位置設定ステップＳ６において最適圧
力に設定する場合を示している。

次に、レーザビーム（６）の出力が設定値に対して所定
の範囲内に入っている（ＯＫ）か否かを判定しくステッ
プＳ７）、又、レーザビーム（６）の波長が設定値に対
して所定の範囲内に入っている（ＯＫ）か否かを判定し
くステップＳ８）、共にＯＫであればパラメータｌ（を
１（ホット状態）に設定するくステップＳ９）。

尚、以上のシステム起動制御ステップ（Ｓ４〜Ｓ８）の
実行中において、レーザビーム（６）はシャッタ等（図
示せず）により遮断されており、不安定なレーザビーム
（６）が使用されることはない。

こうして、システムがホット状態となってステップＳ９
でに−１が設定されると、シャッタ等が開放されてレー
ザビーム（６）は実際に使用可能な状態となる。この通
常発振動作中において、制御手段（１３）は、レーザビ
ーム（６）の出力及び波長を常に設定値に対して所定の
範囲内となるように制御する（ステップ５ｔＯ）　。

レーザ制御ステップＳＩＯの詳細は第５図に示した通り
であり、まず、実行すべきレーザ制御が波長制御である
か、又は出力制御であるかを選択する（ステップＳｌｌ
＞、このとき、各制御は、例えば時分割で選択的に実行
されても、又は、同時に実行されてもよい。

波長制御の場合は、波長モニタ機構（９）を制御して、
一部のレーザビーム（６＾）をインテグレータ（２１）
により発散させた後、エタロン（２２）で分光しくステ
ップ５１２）、更に、結像レンズ（２３）により撮像素
子（２４）上に集光する。

続いて、撮像素子（２４）及び画像処理部（２５）によ
り干渉縞（第３図参照）の−次元光強度分布を測定しく
ステップ５１３）　、測定データを平滑化してノイズを
除去する等の画像処理を行ない（ステップ５１４）、最
大強度のピーク位置Ｘを決定しくステップ５１５）、こ
れをレーザビーム（６）の波長λに対応する波長情報λ
にとして取得する。

そして、ピーク位置×を設定位置ｘ０と比較して（ステ
ップ５Ｌ６）、ｘ＝ｘ。の場合は微調エタロン（５）を
制御せずにステップＳ１８に進み、Ｘ’ｉ”ＸＱの場合
は微調指令りにより微調サーボ機構（１２）を介して微
調エタロン（５）を駆動する（ステップ５１７）。最後
に、発振停止か否かを判定して（ステップ５１８）、発
振停止でなければ制御選択ステップＳｌｌに戻り、波長
制御ステップＳＬ２〜Ｓ１７を繰り返す。

こうして、微調エタロン（５）の透過特性の中心波長λ
１１１２（第１０図参照）が設定波長λ。と一致するま
で波長制御が行なわれ、レーザビーム（６）の発振波長
λは一定に保たれる。

一方、出力制御の場合は、出力モニタ機１（１０）を駆
動制御して、一部のレーザビーム（６Ｂ）によりレーザ
ビーム（６）の出力を測定しくステップ５１９）、この
測定データを出力情報Ｐとして取得し、そのＮ回の平均
値処理により現在出力ＰＮを求め、これを記憶する（ス
テップ５２０）　。

続いて、現在出力ＰＮと設定出力Ｐ。との差の絶対値、 ΔＰＩ−ＰＮＰ。

を求め（ステップ５２１）、設定された許容値ＰＡと比
較して（ステップ５２２）、１ΔＰ１≦ＰＡの場合は発
振停止判定ステップＳ［に進み、１ΔＰＩ＞ＰＡの場合
はステップＳ２３に進み、レーザ媒質（１）に対する印
加電圧の制御であるか否かを判定する。

もし印加電圧の制御であれば、絶対値１ΔＰ１から印加
電圧の制御量を計算しくステップ５２４）、又、出力差
ΔＰの極性により制御方向（増加又は減少）を決定しく
ステップ５２５）　Ｌ　、これら制御量及び制御方向に
基づいて印加電圧指令Ｖを出力し、レーザ媒質（１）に
対する印加電圧を変化させる（ステップ５２６）。

通常は印加電圧の制御が優先するが、もし制御判定ステ
ップＳ２３においてｌＴｌ１！エタロン（４）の制御を
判定した場合は、絶対値１ΔＰ１に基づいて制御量を計
算しくステップ５２７）、又、出力差ΔＰの極性により
制御方向を決定しくステップ５２８）　、これら制Ｗｔ
及び制御方向に基づいて粗調指令Ｃを出力し、粗調サ一
ボ機ｆｉｌ（１１）を介して粗調エタロン（４）を駆動
する（ステップ５２９）。

以上のように、レーザ発振中において、波長制御ステッ
プＳ１２〜Ｓ１７、及び出力制（卸ステップＳ１９〜Ｓ
２９を実行することにより、レーザビーム（６）の波長
及び出力は一定に制御される９ 印加電圧の制御ステップＳ２４〜Ｓ２６．及び粗調エタ
ロン（４）の制御ステップＳ２７〜Ｓ２９の終了後は、
共に発振停止判定ステップＳ１８に進み、発振が継続し
ている場合は制御選択ステップＳｌｌに戻り、発振が停
止した場合は第４図のフローチャート図に戻る。

ステップ３１８において発振停止が判定された場合は、
発振停止時間Ｔを計算しくステップ５３０）　、設定時
間Ｔ。と比較して（ステップ５３１）、Ｔ≦Ｔ０の場合
はステップＳ３３に進み、Ｔ＞Ｔ、の場合はパラメータ
Ｋを０に設定しくステップ５３２）　、システムがコー
ルド状態であることを示す。

そして、発振が再開されたか否かを判定しくステップ５
３３）、発振開始した場合はコールドスター１〜判定ス
テップＳ３に戻り、又、発振開始しない場合はステップ
Ｓ３４に進み、電源がオフであるか否かを判定する。も
し電源オフであればシステムを停止させ、電源オフでな
ければパラメータＫが１であるか否かを判定して（ステ
ップ５３５）、＋＜　−１であれば停止時間計算ステッ
プＳ３０に戻り、Ｋ−０であれば発振開始判定ステップ
Ｓ３３に戻る。

尚、ステップＳ３４で電源オフを判定した場合は、次の
制御を初期化ステップＳ１から実行する。

ＴＮＴ、の状態で発振が再開された場きは、ステップＳ
３により■ぐ＝０（コールドスタート）が判定されるの
で、前述と同様にシステム起動制御ステップ８４〜Ｓ８
を実行する。

又、Ｔ≦Ｔ、の状態で発振が再開された場合は、ステッ
プＳ３によりに＝１（ホットスタート）が判定されるの
で、システム起動制御ステップのうちのＳ４〜Ｓ６は実
行せず、出力判定ステップＳ７及び波長判定ステップＳ
８のみを実行する。そして、レーザビーム（６）の出力
及び波長が設定値に対して所定範囲内に入ったときに、
レーザビーム（６）を出力し、前述のレーザ制御ステッ
プＳＩＯを実行する。従って、不安定なレーザビーム（
６）が出力されることはない。

次に、第１図〜第３図、並びに第６図及び第７図のフロ
ーチャート図を参照しながら、この発明の別の発明の実
施例について説明する。第６図及び第７図において、各
ステップｓ１、ｓ２、Ｓｌｌ−Ｓ３０及びＳ３３は前述
と同様のステップであり、ステップＳ４０はステップＳ
ＩＯに対応している。

初期化ステップＳ１の後に、ステップＳ２によりレーザ
発振開始を判定すると、レーザ制御ステップＳ４０を実
行する。即ち、第７図に詳細に示すように、微調エタロ
ン（５）による波長制御、並びに印加電圧又は粗調エタ
ロン（４）による出力制御を実行する。

まず、波長制御のステップＳ１７においてｌｔ調エタロ
ン（５）を制御した後は、パラメータにの値が０（コー
ルド）であるが否かを判定しくステップ５４１）、Ｋ＝
１であればステップＳ４３に進み、Ｋ＝Ｏであれば初期
制御量（方向も含む）をＹｏとして記憶し、Ｋを１に設
定する（ステップ５４２）。

そして、微調サーボ機ｆｉｌ（１２）のトータル制御量
Ｙを、 Ｙ−ΣＹ から計算しくステップ５４３）、発振停止判定ステップ
３１８に進む。

又、出力制御のステップＳ２９において↑■ｍエタロン
（・ｌ）を制御した後は、粗調サーボ機構＜１１）のト
ータル制御′！ＥＺを、 ２−ΣＺｉ から計算しくステップ５４４）　、ステップ８１８に進
む。

ステップＳ１８で発振停止を判定した場合は、第６図の
フロチャート図に戻り、ステップＳ３０により発振停止
時間Ｔを計算した後、微調エタロン（５）及び゛ｍ謂エ
タロン（４）の各熱時定数τ、及びτ、に基づいて、各
エタロン（５）及び（４）に対する補正制御１１Ａｙ（
Ｔ）及びＡｚ（Ｔ）を、 Ａ　ｙ（Ｔ　）＝　Ｙ　・ｅｘｐ（−Ｔ　／　τｓ）　
　　・■Ａ　ｚ（Ｔ　）＝　　Ｚ　　−ｅｘｐ（Ｔ　／
　　τ　＜）　　　　　　−■から計算する（ステップ
５４５）　。

そして、０式及び０式に基づいて各サーボ機構（１２）
及び（１１）を補正駆動し、Ｉｌｌエタロン（５）及び
粗調エタロン（４）を調整する（ステップ８４６）。

従って、発振停止時に温度が下がり、各エタロン（４）
及び（５）が熱変形しても、自動的に追従して補正する
ことができる。

尚、各エタロン（４）及び（５）の熱時定数τ、及びτ
５をそれぞれ１つの指数関数で表わしたが、複数の関数
で表わすこともできる。又、各熱時定数τ４及びτ、が
指数関数に従わない場合は、予め熱特性を測定しておき
、データとして制御手段（１３）に記憶させておけばよ
い。

続いて、ステップＳ３３でレーザ発振の再開を判定した
場合は、発振停止時間Ｔを設定時間Ｔ０と比救してくス
テップ５４７）、Ｔ＞Ｔ、の場合は各種パラメータを初
期化（ステップ５４８）　してステップＳ４０に戻り、
Ｔ≦Ｔｏの場合は、１敢調サーボｌｆｉ楕（１２）及び
粗調サーボ機構（１１）の各トータル制御量Ｙ及び２を
、Ｙ＝ＡＹ（Ｔ）＋Ｙｏ　　　　　　　　　　・・・■
Ｚ＝Ａｚ（Ｔ）　　　　　　　　　　　　　　　・・・
■で与えられる値に設定しくステップ５４９）　、ステ
ップＳ４０に戻る。

一方、ステップＳ３３において、発振が再開されていな
いことを判定した場合は、発振停止時間Ｔを設定時間Ｔ
０と比較して（ステップ５５０）、Ｔ　＞　Ｔ　Ｏの場
合はステップＳ３３に戻り、Ｔ≦Ｔ０の場合はステップ
Ｓ３０に戻り発振停止時間Ｔを継続計算する。

こうして、発振停止時間Ｔに応じて各トータル制御量Ｙ
及びＺが補正されるので、ホットスタートの発振再開時
においても、レーザビーム（６）の出力及び波長を速や
かに安定化するため、不安定なレーザビーム（６）を出
力することはない。

尚、上記実施例では、制御手段（１３）が出力制御にお
いて印加電圧指令Ｖ又は粗調指令Ｃを出力し、印加電圧
又は粗調エタロン（４）を調整する場合を示したが、粗
調指令Ｃにより粗調エタロン（４）のみを調整する場合
でも同等の効果を奏する。

又、波長モニタ機構（９）において干渉縞の光強度分布
を画像処理して、波長シフト量Δλに対応する波長情報
λ×を取得する場合を示したが、画像処理しなくても他
の波長モニタ機構を用いてもよい０画像処理しない方法
としては、例えば、ピーク位置Ｘ（第３図参照）がｘ＝
ｘｏとなる位置に光センサを配置し、微調エタロン（５
）を最適状態から所定範囲内で前後に変化させ、このと
きのＸ：ＸＯにおける位置の光強度の変化から微調エタ
ロン（５）の最適状態の方向を予測して制御をかける方
法が考えられる。

更に、上記各実施例を組み合わせて、コールドスタート
時のシステム起動制御並びに発振停止後の熱時定数によ
る制御量補正を実行すれば、■著な効果を奏することは
言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、システムが投入された
ときに各種パラメータを初期化するステップと、レーザ
発振を開始したときに、コールド状態又はホット状態を
表わすパラメータＫに基づいてコールドスタートである
か否かを判定するステップコールドスタートを判定した
ときに、一定の印加電圧で発振させながら波長制御ステ
ップを実行して暖気運転し且つ粗調エタロンの最適位置
をサーチ処理するシステム起動制御ステップと、レーザ
ビームの波長及び出力がそれぞれ設定値に対して所定範
囲内になったときに、パラメータＫをホット状層の値に
設定するステップと、発振が停止したときに、発振停止
後の発振停止時間を計算するステップと、発振停止時間
が設定時間より大きくなったときにパラメータＫをコー
ルド状態の値に設定するステップとを実行し、システム
立上げ直後等のコールドスタート時には慣らし運転した
後に通常制御のレーザビームを出力し、又、発振再開時
等のホットスタート時にはシステム起動制御を省略する
ようにしたので、熱変形に起因する不安定なレーザビー
ムの出力を防止すると共に、レーザビームを速やかに安
定化させるレーザ安定化方法が得られる効果がある。

又、この発明の別の発明によれば、システムが投入され
たときに各種パラメータを初期化するステップと、コー
ルド状態又はホット状態を表わすパラメータＫに基づい
てコールド状態を判定したときに、波長制御ステップに
おける微調エタロンの初期制御量Ｙ０を記憶して、パラ
メータＫをホヅト状態の値に設定するステップと、波長
制御ステップにおける微調エタロンのトータル制御量Ｙ
を計算するステップと、出力制御ステップにおける粗調
エタロンのトータル制御ｔｚを計算するステップと、発
振が停止したときに、発振停止後の発振停止時間を計算
するステップと、発振が停止しているときに、発振停止
時間及び熱時定数に基づいて、微調エタロン及び粗調エ
タロンの各補正制御量を計算し、微調エタロン及び粗調
エタロンを補正駆動するステップと、各補正制御量及び
初期制御量に基づいて各トータル制御１Ｙ及びＺを補正
するステップと、発振停止時間が設定時間より大きくな
ったときにパラメータＫをコールド状態の値に設定する
ステップとを実行し、発振停止後のホット状態での熱変
形を考）釘して各エタロンを追従補正駆動するようにし
たので、再起動後のレーザビームを速やかに安定化させ
るレーザ安定化方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用されるレーザ装置を示す構成図
、第２図は第１図内の波長モニタ機構を詳細に示す構成
図、第３図は第２図内の撮魔素子上に表われる干渉縞の
光強度分布を示す説明図、第４図及び第５図はこの発明
の一実施例を示すフローチャート図、第６図及び第７図
はこの発明の別の発明の一実施例を示すフローチャート
図、第８図は一般的な狭帯域レーザ装置を示す構成図、
第９図はレーザビームの波長狭帯域化動作を説明するた
めの分光特性図、第１０図はレーザビームの波長及び出
力のシフト状邪を示す説明図である。 （４）・・粗調エタロン　　（５）・・・微調エタロン
（６）・・・レーザビーム　　（９）・・波長モニタ機
構（１０）・・・出力モニタ機構　（１１）・・ｍ調す
−ボ機構（１２）・・微調サーボ機構　（１３）・・・
制御手段λＫ・波長情報　　　　　Ｐ・・・出力情報Ｃ
・・・ｍ調指令　　　　　Ｄ・・・（微調指令■・・・
印加電圧指令　　　ｘｏ・・・設定位置λ０・・設定波
長　　　　　Ｐ、・・設定出力Ｔ・・発振停止時間　　
　Ｔｏ・・・設定時間Ｙ、・・初期制御量 Ａ　Ｙ（Ｔ　）、Ａ　ｚ（Ｔ　）・・補正制御量１く・
・・コールド又はホットを表わすパラメータＳ１・・・
初期化ステップ Ｓ３・・コールドスタート判定ステップＳ４・・・暖気
運転処理ステップ Ｓ５・・サーチ処理ステップ ８４〜Ｓ８・・・システム起動制御ステップＳ９・・・
ホット状態に設定するステップＳ１２〜Ｓ１７・・・波
長制御ステップＳ１９〜Ｓ２９・・・出力制御ステップ
Ｓ３０・・・発振停止時間を計算するステップＳ３２．
５４８・・・コールド状態に設定するステップＳ４２・
・・初期制御量を記憶してホット状態に設定するステッ
プ ３４３・・・トータル制御ｆｉｔＹを計算するステップ
Ｓ４４・・・トータル制御量Ｚを計算するステップＳ４
６・・エタロンを補正駆動するステップＳ４９・・トー
タル制御量を補正するステップ尚、図中、同一符号は同
−又は相当部分を示す。 第　−図 ４；粗調エソロン ５　微調エタロン ６：レーザビーム λχうｙ乏長情七１トシ Ｖ　５ｍつロ転圧オ旨・全 第 第 図 図 第　３ 図 ｘｏ：訂疋ｉ直 第　５ ス 訂ｊ１ 第 図 第 図 第 図 毛 続 補 正 書 事件の表示 特願昭６３−２６２８７７号 発明の名称 レーザ安定化方法 Ｆ＋Ｉｉ正分する者 事件との関係　　特許出題人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表行　志岐守
代

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）微調エタロン及び粗調エタロンにより狭帯域化さ
   れたレーザビームの波長及び出力を安定化するために、 前記レーザビームの波長情報に基づいて、前記微調エタ
   ロンを調整して前記レーザビームの波長を安定化する波
   長制御ステップと、 前記レーザビームの出力情報に基づいて、前記粗調エタ
   ロンを調整して前記レーザビームの出力を安定化する出
   力制御ステップと、 を有するレーザ安定化方法において、 システムが投入されたときに各種パラメータを初期化す
   るステップと、 レーザ発振を開始したときに、コールド状態又はホット
   状態を表わすパラメータＫに基づいてコールドスタート
   であるか否かを判定するステップコールドスタートを判
   定したときに、一定の印加電圧で発振させながら前記波
   長制御ステップを実行して暖気運転し且つ前記粗調エタ
   ロンの最適位置をサーチ処理するシステム起動制御ステ
   ップと、 前記レーザビームの波長及び出力がそれぞれ設定値に対
   して所定範囲内になったときに、前記パラメータＫをホ
   ット状態の値に設定するステップと、 発振が停止したときに、発振停止後の発振停止時間を計
   算するステップと、 前記発振停止時間が設定時間より大きくなつたときに前
   記パラメータＫをコールド状態の値に設定するステップ
   と、 を含むことを特徴とするレーザ安定化方法。
2. （２）微調エタロン及び粗調エタロンにより狭帯域化さ
   れたレーザビームの波長及び出力を安定化するために、 前記レーザビームの波長情報に基づいて、前記微調エタ
   ロンを調整して前記レーザビームの波長を安定化する波
   長制御ステップと、 前記レーザビームの出力情報に基づいて、前記粗調エタ
   ロンを調整して前記レーザビームの出力を安定化する出
   力制御ステップと、 を有するレーザ安定化方法において、 システムが投入されたときに各種パラメータを初期化す
   るステップと、 コールド状態又はホット状態を表わすパラメータＫに基
   づいてコールド状態を判定したときに、前記波長制御ス
   テップにおける前記微調エタロンの初期制御量Ｙ＿ｏを
   記憶して、前記パラメータＫをホット状態の値に設定す
   るステップと、 前記波長制御ステップにおける前記微調エタロンのトー
   タル制御量Ｙを計算するステップと、前記出力制御ステ
   ップにおける前記粗調エタロンのトータル制御量Ｚを計
   算するステップと、発振が停止したときに、発振停止後
   の発振停止時間を計算するステップと、 発振が停止しているときに、前記発振停止時間及び熱時
   定数に基づいて、前記微調エタロン及び前記粗調エタロ
   ンの各補正制御量を計算し、前記微調エタロン及び前記
   粗調エタロンを補正駆動するステップと、 前記各補正制御量及び前記初期制御量に基づいて前記各
   トータル制御量Ｙ及びＺを補正するステップと、 前記発振停止時間が設定時間より大きくなったときに前
   記パラメータＫをコールド状態の値に設定するステップ
   と、 を含むことを特徴とするレーザ安定化方法。