JPH04106989A - 二周波気体レーザの安定化方法及びその装置 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、距離の精密計測等に適用して好適な二周波気
体レーザの安定化方法及びその装置に関する。

【従来の技術】

距離の計測等に２モ一ド発振するレーザの縦モード間ビ
ートを利用する三周波レーザを用いることができる０例
えは、′オプトロニクス」Ｐ１１６〜Ｐ　１２２．　Ｖ
ｏｌ、　７、Ｎｏ、８．１９８８、には、６３３ｎ１１
のＨｅ−Ｎｅレーザのモード間ビートを利用する測距儀
としての三周波気体レーザが開示されている。 Ｈｅ−Ｎｅレーザの場合、略１．５ＧＨｚの幅のゲイン
プロフィールの中で発振し、モード間の周波数間隔、即
ちビート周波数７日は、レーザ共振器の長さをし、光速
をＣとすると次式（１）で表わすことができる。 ｆ日＝Ｃ／（２・　Ｌ）　　　　　　　　　・・・　（
１）モード間ビートで発生するビート周波数７日を距離
計測に適用する場合、精度の高い計測を達成するために
は安定したビート周波数７日を得ることが要求される。 ところが、上記（１）式から明らかなように、共振器の
長さしが変化するとビート周波数７日も変化することに
なる。従って、ビート周波数７日を安定化させるために
は共振器長りを一定に保持することが重要になる。 そこで、２モ一ド発振している内部鏡形レーザからなる
上記測距儀では、各モードの偏光方向が互いに直交して
いることを利用し、それぞれをビームスブソツタで分離
し、各モードの強度が等しくなるように共振器長りを制
御し、発振周波数の安定化を図っている。具体的には、
レーザ管を、該レーザ管の周囲に配設したヒータで加熱
し、その際の発熱量を調整することにより上記共振器長
りを制御している。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、発振モードの面光強度の変動のようなレ
ーザ出力光の強度の変動に基づいてビート周波数７日を
制御する場合は、強度の変化とビート周波数の変化か必
ずしも一致しないため、該ビート周波数７日を安定した
状態で制御することが困難であるという問題があった。 本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたも
ので、制御精度の不十分なレーザ出力光強度によらず、
精度の高い周波数の安定化を可能とする三周波気体レー
ザの安定化方法及びその装置を提供することを課題とす
る。

【課題を達成するための手段】

本発明は、レーザ管にレーザ光を反射して共振させるた
めの内部鏡を設けた三周波気体レーザの安定化方法にお
いて、上記レーザ管から発振する縦モードビート周波数
と基準周波数とのビートをとって制御用ビートを発生さ
せ、その制御用ビート周波数に基づいて発振周波数を安
定化することにより、前記課題を達成したものである。 本発明は、レーザ管にレーザ光を反射して共振させるた
めの内部鏡を設けた三周波気体レーザ装置において、レ
ーザ管から発振する光を電気信号に変える光電変換手段
と、基準周波数信号を出力する基準周波数発生手段と、
上記光電変換手段からのビート周波数信号と上記基準周
波数信号とから制御用ビート信号を作成・出力する制御
用ビート発生手段とを備えることにより、同様に前記課
題を達成したものである。

【作用及び効果】

本発明方法においては、レーザ管から発振する縦モード
ビート周波数と安定した基準周波数との間でビートをと
り、それを制御用ビート周波数として利用することによ
りレーザ発振周波数を安定化する。このように周波数に
基づいて、例えばレーザ管の長さを熱膨張により制御す
ることにより、レーザ出力光の強度の変動に基づいてレ
ーザ管の長さを制御する場合に比べ、極めて精度の高い
制御か可能となり、その結果、レーザの発振周波数を高
い精度で安定化することが可能となる。 又、本発明装置においては、光電変換手段により縦モー
ドビート周波数を電気信号に変換し、そのビート周波数
信号と基準周波数発生手段からの基準周波数信号とを、
制御用ビート発生手段に入力することにより、該ビート
発生手段で上記縦モードビート周波数と基準周波数との
ビートをとり、制御用ビート周波数を容易に発生させる
ことができるため、確実にレーザの発振周波数を高い精
度で安定化することが可能となる。

【実施例】

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 第１図は、本発明の一実施例である三周波気体レーザ装
置の構成の概略を示すブロック図、第２図は本実施例に
適用させる基準周波数発生手段であるＰＬＬの動作を説
明するためのブロック図である。 本実施例の三周波気体レーザ装置は、レーザ光を共振さ
せるための反射鏡（図示せず）か内側に配設された内部
鐘形の三周波気体レーザ１０を備えており、該レーザ１
０を構成するパイレックスカラスからなるレーザ管の周
囲にはフィルムヒータ１２が配設されている。 上記レーザ１０の後方には、２モ一ド発振されるレーザ
光を受光して電気信号に変換するアバランシェ・フォト
・ダイオード（光な変換手段、以下ＡＰＤという）１４
が配置され、該ＡＰＤ　１４には２つの増幅器１６Ａを
介してダブル・バランスド・ミキサ（制御用ビート発生
手段、以下ＤＢＭという）１８か接続され、該Ｄ　Ｂ　
Ｍ　１８に対して増幅された上記電気信号が入力可能に
なされている。 又、上記ＤＢＭ１８には、基準周波信号を出力するため
のＰ　Ｌ　Ｌ　（Ｐｈａｓｅ　　Ｌｏｃｋｅｄ　　Ｌｏ
ｏｐ　）２０が接続され、該Ｄ　Ｂ　Ｍ　１８において
、前記、へＰＣｌ３を介して入力される縦モードビート
のビート周波数と上記基準周波数との間で制御用のヒー
トを作成可能になされている。なお、上記ＰＬＬ２０の
構成及び機能については後述する。 上記ＤＢＭ１８で作成された上記制御用ヒートの周波数
は、増幅器１６Ｂ、コンパレータ２０及び分周器２２を
介してＦＶ変換器２４へ・入力され、上記制御用ビート
周波数は該ＦＶ変換器２４で対応する制御電圧に変換さ
れる。上記制御ＪｊＪ電圧は、予め定めである基準電圧
Ｖ、３と比較され、その差電圧が次のヒータの制御回路
２６に入力され、この差電圧に基づいて前記レーザ１０
のヒータ１２が発熱するようになされている。 前記ＰＬＬ２０は、基準周波数を発振する水晶発振器２
８に接続された位相比較器（ＰＣ）３０に対し、ループ
フィルタ（ロー・パス・フィルタ、以下ＬＰＦともいう
）３２と、電圧副脚発振器（ＶＣＯ）３４と、デバイダ
３６と、グリスケーラ３８と、プログラマブル・カウン
タ（第２図に示す）４０とが順次連結され、該カウンタ
４０は上記ＰＣ３０に接続され、閉ループが形成された
構成を有している。 上記ＰＬＬ２０は、レーザ１０を制御するための基準と
なる安定した周波数を発振させるために用いる位相同期
ループである。その基本的機能を第２図に基づいて説明
する。 位相比較器（ＰＣ）では、前記水晶発振器２８からの基
準周波数ｆ１と回帰周波数ｆ２の位相と周波数を比較し
、この２つの信号の周波数差に比例した誤差電圧を発生
させる。これがＶＣＯ３４の制ｇＩＪ電圧となり、周波
数差を減少させる方向に供給される。 このようにして　ｆｌがｆ２と等しくなったときＰＬＬ
２０がロック状態になる。−度ロツクすれば、ｆｌと　
ｆ２に差が生じない限り、ｆｌ＝ｆ２の状態を継続し、
このロック状態において　ｆｌとｆ２に差が生じた場合
でも、この差をＰＣ３０にて検出しｆｌ＝ｆ２になるよ
うにＶＣＯ３４を制御しロック状態を保つ、このように
してＰＬＬ２０は安定した周波数の発振を行うことが可
能となる。 上記ＰＬＬ２０を構成する基本要素について詳細に説明
すると、ループフィルタ３２は、−船釣に低域フィルタ
（ＬＰＦ）で構成され、たいていは１種類の低域フィル
タのみか、２種類の低域フィルタが継続接続されたもの
を使用する。 ＰＬＬ２０が定常状態にあるときに相違誤差があると、
位相比較器３０がらは常に基準信号の周期で細長いパル
スとして出力信号が出されている。 従って、このパルスがループフィルタ３２に加わり、積
分されて直流となり、この直流によってＶＣ０３４の周
波数及び位相がコントロールされる。 又、ＶＣＯ３４は、その発振周波数が入力電圧（制御電
圧）に対して直線的に変化する発振器であり、一般に次
式（２）によって出力か表わされる。 Ｖｏ　　　（ｔ　　　）　　＝ｖ　　２Ａｏ　　　−Ｃ
０５（ωｏｔ＋Ｋｏｆｔ　ｖｄ（ｔ）ｄ↑）　、、、　
（２）ここで、ＶｏＮ）はＶＣＯの出力、ｖｄ（ｔ）は
制ｆ３１ＩＩ電圧、ω０はＶＣＯの自走発振周波数、Ｋ
ｏはＶＣＯの利得係数（ｒａｄ　、、ｚ　ｖ　、′ｓ　
）　、　Ｆ「ＡＯはＶＣＯの出力振幅である。 又、プリスケーラ３８は、プログラマブル・カウンタ４
０の前において該プログラマブル・カウンタ４０では直
接分周できないような高い周波数を予め分周して、プロ
グラマブル・カウンタで分周することを可能とする前置
分周器である。これによって基準周波数が同じでもロッ
ク周波数は、グリスケーラの分周数倍だけ大きくなる。 従って、これを式で書くと次式（３）のようになる。 ｆｖ　＝Ｍ−Ｎ−ｆ２　＝Ｍ−Ｎ−ｆｌ・・・（３）こ
こで、ｆｖはＶ　ＣＯ３４の出力周波数、Ｍはグリスケ
ーラの分周比、Ｎはプログマブル・カウンタの分周比で
ある。 次に一本実施例の作用を説明する。 先ず、Ｐ　Ｌ　Ｌ　２０を作動させ、水晶発振器２８か
らの基準周波数ｆ１と回・局周波数ｆ２とか一致するよ
うに制御Ｉ−で定常状態を形成し、該ＰＬＬ２０から前
記ＤＢＭ１８に対して一定の基準周波数ｆｓが出力され
るようにする。 一方、前記レーザ１０の後方から縦モードビートのレー
ザ光を前記ＡＰＤ　１４に照射し、そのし−ザ光を光電
変換してビート周波数ｆＢに対応する電気信号を発生さ
せ、該電気信号を増幅器１６Ａにより増幅し、前記ＤＢ
Ｍ１８に出力する。そして、上記ＤＢＭ１８において、
それぞれ電気信号として入力された上記ビート周波数ｆ
巳と、上記基準周波数ｆｓとの間でビートをとり、ｆ８
ｆｓの周波数の制御用ビート周波数Ｆ日を発振させる。 上記ＤＢＭ１８から出力された制御用ビート周波数ＦＢ
は、増幅器１６Ｂ、コンパレータ２０及び分周器２２を
経てＦＶ変換器２４に入力され、ここで上記ビート周波
数Ｆ８に対応する制御電圧Ｖｃに変換される。この制御
電圧Ｖｃは、予め設定されている基準電圧Ｖｓと比較さ
れ、その差電圧（Ｖｃ　　Ｖｓ）がヒータ力制御回路２
６に出力される。そして、上記差電圧に基ついて前記レ
ーザ１０のヒータ１２の発熱量を調整し、レーザ管の熱
膨張量を調整することによつ該レーザ管長し、即ち共振
器長を制御する。その際、例えば上記差電圧が零になる
ようにレーザ管の長さを制御することにより、一定のビ
ート周波数１日でロックし、その周波数でレーザ１０を
発振させることが可能となる。このように２つの樅モー
ドの絶対周波数の差であるビート周波数を決めると、逆
に絶対周波数を決めることができる。又、周波数を直接
検出しているので再現性が高いという利点もある。 又、ビート周波数１日と絶対周波数か対応しているので
波長選択性もある、更に、基準周波数ｆＳの安定度を上
げればビート周波数１日も安定させることができ、ゲイ
ンプロフィール変化の影響を受けない。 上記のようにレーザ管の温度を制御し、レーザ管長りを
一定にしてビート周波数１Ｂをロックする場合、６３２
ｎｎ波長帯で２モ一ド発振する（共振器長１５〜３０ａ
ｎ程度）Ｈｅ−Ｎｅレーザのヒート周波数１日は、レー
ザ管長しによってλ７／２（λ：波長）間障で周期的に
変化している（例えば、「オプトロニクスＪＰ１１６〜
Ｐ１２２、ＶＯｌ、７、Ｎｏ、８．１９８８）。従って
、上記ビート周波数曲線上の任意の佐賀のビート周波数
１日でロックすることかできる。又、その際、上記曲線
の窪みの中央部でロックしたい場合には、該曲線の一次
微分が零となることを利用することにより正確にロック
することもできる。更に、ロック位置を選択することに
より、レーザの出力光について偏光方向、ビート周波数
又は絶対周波数を選択することもできる。 次に、本実施例の三周波気体レーザ装置を、第３図のシ
ステムを用いて評価した結果について説明する。 上記システムは、ＦＶ変換器２４にペンレコータ４０を
接続し、レーザ１０の前方から出力されるレーザ光を下
記のようにして測定する構成とした以外は、前記第１図
及び第２図に示した三周波気体レーザ装置と同一である
。 レーザ前方で行う計測では、レーザ１０の前方から出た
光をビーム・ズブリッタ４２で、別の安定化レーザ４４
からの光と重ねて、ビートをとり、Ａ　Ｐ　Ｄ　４６に
よって光を電流信号に変えた後、プリスケーラ４８で１
／６４に分周し、周波数を測定する。その際、周波数は
ＧＰ　−Ｉ　Ｂ　（ＧｅｎｅｒａＰ　ｕｒｐｏｓｅ　　
Ｉ　ｎｔｅｒｆａｃｅ　　Ｂ　ｕｓ）内蔵のカウンタ５
ｏで測定し、同時にパーソナル・コンピュータ５２でデ
ータ・ファイルを作成する。又、上記システムの具体的
構成要素としては以下のものを用いた。 レーザとしては、２モ一ド内部鏡型のＨｅ　−Ｎｅレー
ザて゛ラジオ社製のＵＮＬ−２１ＯＲを使用した。この
仕様は以下の通りである。 ビーム直径（１，／　ｅ２ｍ　＞　　　　０．６ビーム
広がり角（ｍｒａｄ全角）１３ 縦モ一ド間隔（Ｃｙ’２　ＬＭｔｈ）　　６７６　（１
日）トリカミ圧（ｋＶ）　　　　　　　　　１０管電圧
（Ｖ）　　　　　　　　１２５０　（＝５９６）外径寸
法　全長（ｕ）、　　　　−２３０管径（Ｉｎ）　　　
　　　　　３０ なお、上記し−ザの管にＭＩＮＣＯ社製のフィルム・ヒ
ータ（３６０Ω）を両面テープで接着した。 又、ＰＬＬには、位相比較器、プログラマブル・カウン
タをワンチｙプ化したＩＣ（モトローラ社製・ＭＣ１４
５１５２−１）を用いた。このＩＣは、基準信号の入力
を６４分周あるいは、１２８分周し、ｖＣＯからの周波
数はプログラマブル・カウンタによって３から１０２３
までの分周が可能である。 水晶発振器としては、１Ｍｆ（ｚの基準信号を出力する
ことができる小型高安定の東芝社製・ＴＳ５１１Ｂ２９
を使用しな。 ループフィルタ（ＬＰＦ）には、第４図の代表的回路で
示されるラグ・リード・フィルタを用いた。これは位相
遅れを補償し、直流における利得を上げることにより周
波数引込み範囲の拡大に寄与する。 この回路により安定した周波数か出力され、ゲインを調
整することにより出力周波数を変えることも可能になっ
た。 又、ｖＣＯとしてはニス・イー・シー社製Ｃｌ−ｌ０Ｉ
Ｖ（Ｗ＞を使用し、該ｖＣＯからの出力周波数の一方を
プリスケーラへ、他の一方をＤＢＭへそれぞれ配分する
ためのデバイダとしてＲ＆に社製のＰＤ−１を用いた。 更に、プリスケーラには、三菱電気社製のＭ　５４４７
５　Ｐを使用しな。 これはＥＣＬ回路構成による分周器で、最大ＩＧｌ（２
ｔでの周波数を分周可能である。 上記各要素で構成されたＰＬＬからは６４０Ｍ田の基準
周波数ｆｓを出力させると共に、Ｄ　Ｂ　Ｍ２Ｓにおい
てレーザ１０から入力されるビート周波数７日＜６７６
ＭＨ２＞との間でビートをとり、制御用ビート周波数Ｆ
Ｂを出力させ、以下の温度制御を実行した。 フィルム・ヒータ１２による周波数安定化は、差動アン
プを用いて、入力にはＦＶ変換後のビート周波数の電圧
Ｖｃ、もう一方には基準電圧ｖｓを入れ、この差電圧を
なくすようにヒータへ電流を流して管の長さを制御する
ことにより行った。 又、温度制御には、ホトカプラを使用した無接点リレー
を備えた温度制御装置を使用した。 又、レーザ１０の前方から出力されるレーザ光の周波数
の測定に使用したカウンタには、ＧＰ−ＩＢ内蔵の１１
―〜１２０ＭＥ（ｚの測定範囲を持つユニバーサル・カ
ウンタで、計数時間を１（ｌｓから１０Ｓｔでの間の４
種類から選んで測定することが可能なものを使用した。 又、このカウンタは、ＧＰ−Ｉ　Ｂを通じてコンピュー
タから操作することができ、結果をコンピュータのデー
タ・ファイルにして記憶することが簡単にできる。 又、上記コンピュータとしてはＮ　Ｅ　Ｃ製のＰＣ−９
８０１ＵＶｌ：：ＧＰ、−ＩＢボード（ＰＣ９８０１−
２９Ｎ）を拡張して使用した。 測定はＧＰ−Ｉ　Ｂインターフェイスを内蔵した周波数
カウンタ５０で行い、コンピュータによってデータを解
析する。そのデータを用いてアラン分散を計算し、安定
度を評価する。これにより、短期から長期までの安定度
を直観的に理解することが可能となる。ここで、安定度
とは元の量と変化した量との比のことで、例えば１ｍの
ものか１μｆ変化したとすると安定度は１０−６である
。 上記アラン分散を第５図を使って説明する。時間的に変
動している値ｙ（ｔ　）を１Ｓ時間毎にＮ個連続に測定
したとする。このとき　ｙ（↑）の測定値のに番目から
時間τだけの平均値をｙ（ｋ）とすると、この次の平均
値はｙ（ｋ＋τ／ｌｓ）と表わされ、このときアラン分
散σ２　（２、τ）は次式（４）で定義される。 σ２　（２、τ） ＝［（ｙ（ｋ＋τ／ｊ３）　　　ｙ（ｋ）１２／２］・
・・・・・・・・（４） ここで［］は無限時間平均を表わしている。 次に、前述のシステムを用いてレーザの周波数安定化を
行った結果を説明する。 発振周波数の安定化は同時にレーザの強度の安定化に繋
がるため、測定は周波数と強度の両方について行った。 レーザ強度の測定は前述のように１−ｖ変換器＜ＡＰＤ
）でレーザ前方の光を受けて行った。まず、制御を入れ
ずにヒートの周波数ｆ日を測定した結果を第６図に示す
。この図から周波数が周期的に変動しているのがわかり
、その変動の速度が次第に遅くなっていることもわかる
。 上記第６図の結果を解析し、レーザ管の伸びと、温度及
び時間との関係をグラフに表わすとそれぞれ第７図及び
第８図のようになる。 次に、レーザ１０を入れた箱（図示せず）の中の温度を
一定に制御し、同時にフィルム・ヒータ１２に１２Ｖの
電圧をかけ、管が十分に伸びたところで安定化のための
制御をかけた。その結果を第９図（Ａ）、（Ｂ）に示す
。なお、第９図（Ｂ）は、同図（Ａ）の後の測定結果を
示しており、安定化のための制御は、ビート周波数の変
動が立ち上がったところで開始し、その状態にロックし
た。 周波数安定化の制御はヒータによってレーザ管を加熱し
て行うため、原管を縮んだ状態から伸ばす方向にしかで
きない、そのなめ、制御を入れる前にヒータで管を十分
に加熱して伸ばしておく必要がある。即ち、ヒータを切
った際にレーザが縮む状態にしておかなければならない
。 第１０図は、制御状態における周波数と出力強度の変動
を拡大して示した線図である。 又、第１１図及び第１２図は、それぞれレーザのビート
周波数を周波数カウンタで測定した際の測定値とアラン
分散を表わした図である。いずれの図においても（Ａ）
が測定値で、これはカウンタで計測したものがそのまま
載せであるので、実際のビート周波数は縦軸を６４＠し
たものである６又、（Ｂ）はアラン分散の計算結果で、
縦軸が相対安定度、横軸が計算間隔を時間で表わしてい
る。 なお、第１１図は、レーザが伸びていく状態における結
果で、測定値は６０秒までしか載せていないが、これは
測定データの動きを見るために拡大しているためで実際
の測定は２０分間行った。 以上の測定結果から以下のことが示される。 第６図から、制御しない場合のビート周波数の変動幅は
４．９３ＭＨ２（２，９１〜７．８４Ｍセ）であり、第
９図においても安定化前の変動幅は４１６ＭＥ（ｚ　（
０，８０〜４．９６Ｍ［（２）であった。 しかし、第９図より安定化（制御開始）後は、上記変動
幅か０．０５Ｍ）［２（３，６１〜３．５６Ｍ土）とな
り、拡大して示す第１０図でも変動幅は０．０４Ｍ七（
１，８４〜１．８８ＭＨ２）であった、なお、ここで、
ビート周波数はＦＶ変換器からの出力電圧を５ｖ→８Ｍ
出として換算したものである。 又、レーザ光強度の変動幅は、安定化前の第６図では０
．１９Ｖ（２，８９〜３．０８Ｖ）であるが、安定化後
は、第９図でＯ，ＯＩＶ＜２．９５〜２．９５Ｖ）以下
、第１０図で０．０２５Ｖ（５，１７４〜５．１９９Ｖ
）であった、なお、レーザの出力には絶対的な単位が無
く、従って、測定値はあくまでも相対的な変動を表わし
なものである。 又、周波数制御電圧は、第９図で２．２５Ｖ（３，６Ｍ
田）、第１０図で１．１７Ｖ（１，９Ｍ　）ｈ　）であ
り、出力安定化の中心電圧は、第９図で２，９５Ｖ、第
１０図で５．１８４■であった。 安定化後の出力の相対安定度を下記（５）式から求めた
ところ、：０２４％であった。安定化していないときが
数％であることから、安定度は１行程向上していること
になる。 安定度＝（（主力のピークピークの値）／２）÷（出力
安定化の中心電圧）　・・・（ヲ）なお、第１２図から
は、制御下においてもゆっくりと波打って変動している
ことか認められるが、これは温度変動のある部屋で測定
したためではないかと思われる。即ち、レーザ管自体は
温度制御が行われているが、ミラーが外に出ているため
外部の温度変化の影響を受けてミラーの角度が微妙に動
いたか、あるいは反りを生じたのではないかと考えられ
る。 又、レーザの安定度は、第９図（Ｂ）から求めた。具体
的には制御開始時点の第９図（Ｂ）の−部を拡大した第
１３図に示すように、三角形を作ってＸを求め、その値
を下記（６）式に代入する。 λは波長（６３３ｎｌ）、ｙは制御状態でのヒート周波
数の変動幅であり、ΔＬはレーザ管の延びである。 ×／〈　λ／２）＝（Ｖ／２）／ΔＬ　　・・・　（６
）更に、次式（７）によって、周波数の安定度が求めら
れる。 ΔＬ／Ｌ＝Δｆ／ｆ　　　　　　　・・・・・・・・・
（７）上記第１３図によって得られた値で計算を行うと
次のようになる。 ΔＬ＝０．３８７　（ｎｎ） Ｌ　＝２２．２　（ＣＩｌｌ） 、°、ΔＬ／Ｌ＝１．７４Ｘ１０−９ 従って、相対安定度は上１゜７４Ｘ１０−９となる。こ
れをアラン分散による安定度と比較してみる。 第１２図に示したアラン分散からは、次のようになる。 短期的に見た安定度　　上２゜ｌＸ１０−”長期的に見
た安定度　　上６゜０Ｘ１０−”ビークビークでの評価
は、全ての測定データについて評価しているのと同等で
あると考えられるから、短期的に見た安定度と比較する
と１桁も違っていることになる。長期的なものでも、図
で求めたものの１／３である。これは、レーザの強度の
測定もビート周波数の測定も前方の光を使うので同時に
測定できないため、この２つのデータは同じ状態を記録
したものではなく、制御をかける位置の違いによって安
定状態が良い場合と悪い場合があるため、その差が現わ
れたちの思われる。 又、これらアラン分散の縦軸は、計算結果そのものでな
く計算結果をＨｅ−Ｎｅレーザの中心周波数である４、
７４　Ｘ　１０−１＋で割って相対安定度としたもので
ある。 以上詳述した如く、本実施例によれば、レーザの周波数
は、制御しない状態においては１０−６変動するが、ア
ラン分散による結果からｉ　ｏ　−１０の安定度が得ら
れたのがわかった。これにより縦モードビートによる制
御で高安定化が可能であることがわかる。 以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施
例に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない
。 例えば、前記実施例では、レーザの安定化をレーザ管の
加熱による熱膨張に基づいて行ったが、これに限らず、
例えば、特願昭６１−１７９７４３の場合と同様に、共
振用の内部鏡か設けられているレーザ端部に曲げ荷重を
かけることにより発振周波数の制御を行ってもよい。 又、ＰＬＬも前記実施例に示した構成に限られるもので
なく、例えば、ループフィルタはラグ・リード・フィル
タ以外に、他のロー・パス・フィルタを利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である三周波気体レーザ装
置の概略を示すブロック図、 第２図は、上記三周波気体レーザ装置に適用されるＰＬ
Ｌの動作を説明するためのブロック図、第３図は、三周
波気体レーザ装置の性能評価に適用したシステムを示す
ブロック図、 第４図は、ＰＬＬを構成するループフィルタの回路図、 第５図は、アラン分散の説明に用いる線区、第６図は、
レーザの安定化を行わない場合の測定結果を示す線図、 第７図は、レーザ管の伸びと温度の関係を示す線図、 第８図は、レーザ管の伸びと時間の関係を示す線図、 第９図は、途中からレーザの安定化を行った場合の測定
結果を示す線図、 第１０図は、安定化状態にあるレーザの測定結果を拡大
して示す線図、 第１１図は、レーザの安定化を行わない場合のビート周
波数の測定値と、そのラマン分散を示すグラフ、 第１２図は、レーザの安定化を行った場合の第１１図に
相当するグラフ、 第１３図は、レーザの安定度の算出方法を説明するため
の線図である。 Ｏ・・・レーザ、 ２・・・ヒータ、 ４・・・アバランシュ・フォト・ダイオード、８・・・
ダブル・バランスド・ミキサ、０・・・ＰＬＬ、 ４・・・ＦＶ変換器、 ０・・・位相比較器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ管にレーザ光を反射して共振させるための
   内部鏡を設けた二周波気体レーザの安定化方法において
   、 上記レーザ管から発振する縦モードビート周波数と基準
   周波数とのビートをとって制御用ビートを発生させ、そ
   の制御用ビート周波数に基づいて発振周波数を安定化す
   ることを特徴とする二周波気体レーザの安定化方法。
2. （２）前記請求項１において、制御用ビート周波数に基
   づいてレーザ管の長さを制御して発振周波数を安定化す
   ることを特徴とする二周波気体レーザの安定化方法。
3. （３）レーザ管にレーザ光を反射して共振させるための
   内部鏡を設けた二周波気体レーザ装置において、 レーザ管から発振する光を電気信号に変える光電変換手
   段と、 基準周波数信号を出力する基準周波数発生手段と、 上記光電変換手段からのビート周波数信号と上記基準周
   波数信号とから制御用ビート信号を作成・出力する制御
   用ビート発生手段とを備えていることを特徴とする二周
   波気体レーザ装置。
4. （４）前記請求項３において、更に、 制御用ビート発生手段からの制御用ビート周波数を電圧
   に変換するＦＶ変換手段と、 レーザ管の周囲に配設した加熱手段とを有し、上記ＦＶ
   変換手段から上記加熱手段へ制御電圧を印加し、熱膨張
   によりレーザ管の長さを制御して発振周波数を安定化す
   ることを特徴とする二周波気体レーザ装置。