JPH053360A - レーザ用光安定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発熱を起こさずにレーザ光を減衰させる。減
衰量を精密に、かつ連続的に可変調整し、光強度を高度
に安定化する。 【構成】 全反射プリズム２の反射面の外側に高屈折率
プレート４を微小な間隔をおいて配置する。その微小間
隔を微小変位素子６で微細に変化させる。全反射面に生
じるエバネッセント波を利用した原理により、光エネル
ギーの一部を別の方向に逃すことで光強度を減衰させ
る。その減衰量をフィードバック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ発振器からの
レーザ光の強度を精密に調整して安定化するためのレー
ザ用光安定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ発振器の出力の安定化や波長の安
定化についてさかんに研究されているが、現状では、波
長を一定に保ったままで出力を任意に変化させることは
困難である。そのため、一定波長のレーザ光の強度を任
意に調整するには、レーザ発振器からのレーザビームを
光減衰器により適宜に減衰させなければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光減衰器は、濃
度値（光透過率）を何段階にも調整してあるガラス板か
らなるフィルターを用いている。フィルターでは吸収し
た光のエネルギーが熱に変るので、少し大きな出力のレ
ーザ光を通すと、発熱によりフィルターの濃度値が変化
してしまうし、発熱が大きいとフィルターが破損する。
また、フィルターではレーザ光強度を連続的に変化させ
て調整することはできない。さらに、レーザ発振器の出
力が変動すると、減衰器の出射ビームの強度が変動する
ので、高度な安定化は望めなかった。

【０００４】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、発熱を起こさず、レーザ光
の強度を連続的にしかも精密に減衰させて高度に安定化
させることができるようにしたレーザ用光安定器を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のレーザ用光安
定器は、レーザビームを全反射させて進路を変えるプリ
ズムと、このプリズムの反射面の外側に微小な間隔をお
いて配置された高屈折率プレートと、この高屈折率プレ
ートと前記プリズム表面との前記間隔を微細に変化させ
る微小変位素子と、前記プリズムで反射した出射ビーム
の強度を検出する光検出手段と、検出した光強度と設定
値との偏差に基づいて偏差をゼロにするように前記微小
変位素子を駆動するフィードバック制御手段とを備えた
ものである。

【０００６】

【作用】前記のプリズム、光屈折率プレート、微小変位
素子とで光減衰器が構成される。この光減衰器は、全反
射にともなうエバネッセント波の作用を応用している。
周知のように全反射とは、屈折率の高い透明な第一媒質
（前記プリズム）から屈折率の低い透明な第二媒質（空
気）へ光がすすむとき、境界面で光が１００％反射する
現象である。

【０００７】光が全反射した場合、第二媒質中に光がま
ったく入射しないわけではなくて、第二媒質中には境界
面に平行に進み、かつその振幅が境界面からの距離に比
例して指数関数的に急激に減衰する光波が存在する。こ
れはエバネッセント波とよばれる。

【０００８】そこで第二媒質中に高屈折率の第三媒質
（前記高屈折率プレート）を置き、第二媒質のごく薄い
層（前記の微小な間隔）をはさんで第一媒質と対向させ
る。すると、エバネッセント波を介して光のエネルギー
を第三媒質に伝えることができる。この現象は一種のト
ンネル効果として説明され、誘電体光導波路用のプリズ
ム結合器やある種の半透鏡などに利用されている。

【０００９】つまり境界面で光は１００％反射せず、一
部が第三媒質の側に進む。したがって、その分だけ境界
面で反射する光の強度が低下する。そしてエバネッセン
ト波を介して第三媒質に伝わる光のエネルギー量は、第
一媒質と第三媒質との間隔によって変化する。

【００１０】この発明における光減衰器は以上の原理で
動作する。つまり、レーザ発振器からのレーザビームが
前記プリズムで反射する際に、レーザ光のエネルギーの
一部が反射面から前記高屈折率プレート側へ逃げ、プリ
ズムで反射して利用系へと導かれる出射ビームの強度は
全反射の場合より低下する。高屈折率プレート側へ逃げ
る光のエネルギー量は、前記プレートとプリズムとの微
小な間隔を変えることで変る。したがって、前記微小変
位素子によって前記間隔を制御すれば、出射ビームの強
度、すなわち減衰量を連続的に任意に調整することがで
きる。

【００１１】この発明のレーザ用光安定器は、前記の光
減衰器にフィードバック制御系を組合せたもので、出射
ビームの強度が設定値に一致するように、前記微小変位
素子が自動制御される。

【００１２】

【実施例】図１と図２にこの発明の一実施例によるレー
ザ用光安定器の概略構成を示している。まず、光減衰器
の部分について詳しく説明する。

【００１３】入射ビーム１が全反射プリズム２で反射し
て出射ビーム３となる。プリズム２の反射面４の表面に
は、前記高屈折率プレートとしてのガラス板５が接合さ
れている。ガラス板５とプリズム２の接合面の周辺部分
にはごく薄いスペーサが挟み込まれており、ガラス板５
の中央部分とプリズム２の表面との間にはごく僅かな空
隙が保たれている。

【００１４】ガラス板５とプリズム２の間の微小間隔を
精密に制御するための微小変位素子として、積層タイプ
の圧電アクチュエータ６を用いている。図のように、ガ
ラス板５をカバーするフレーム７をプリズム２と一体的
に固定して、このフレーム７とガラス板５とを柱状の圧
電アクチュエータ６で連結している。圧電アクチュエー
タ６は印加電圧によって寸法（圧電板の積層方向の寸
法）が微細に変化する素子であり、印加電圧をコントロ
ールする駆動回路８と組合せて使用する。

【００１５】圧電アクチュエータ６の印加電圧をコント
ロールすることで、ガラス板５とプリズム２との微小間
隔を調整し、それによって出射ビーム３の強度（光減衰
量）を微細に、かつ連続的に変化させることができる。

【００１６】次にフィードバック制御系について説明す
る。プリズム２（光減衰器）からの出射ビーム３の一部
がビームスプリッタ９で分岐されて、光センサ１０に受
光される。光センサ１０からは出射ビーム３の強度に対
応したレベルの検出信号が出力され、アンプ１１を経て
コントローラ１２に入力される。コントローラ１２は、
光センサ１０の出力と設定値とを比較して、その偏差を
ゼロにする方向の制御信号を駆動回路８に与える。駆動
回路８は制御信号に対応した大きさの電圧を圧電アクチ
ュエータ６に印加する。このようにして出射ビーム３の
強度が設定値に一致するように、光減衰量が自動制御さ
れる。

【００１７】

【発明の効果】この発明のレーザ用光安定器は、全反射
面に生じる前述のエバネッセント波を利用した原理によ
り、光エネルギーの一部を別の方向に逃すことで主光路
の光強度を減衰させるので、光エネルギーを吸収して減
衰させるフィルターと異なり、発熱はほとんど起こら
ず、大出力のレーザビームにも問題なく対応する。ま
た、微小変位素子を電気的に制御することで、光減衰量
を精密に、かつ連続的に可変調整することができる。こ
の光減衰量をフィードバック制御することで、きわめて
高精度に安定化されたレーザビームを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるレーザ用光安定器の
概略構成図

【図２】同上実施例における光減衰器の斜視図

【符号の説明】

１ 入射ビーム ２ 全反射プリズム ３ 出射ビーム ５ ガラス板（高屈折率プレート） ６ 圧電アクチュエータ（微小変位素子） ８ 駆動回路 ９ ビームスプリッタ １０ 光センサ １１ コントローラ

フロントページの続き (72)発明者 木原 征夫 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 佐々木 彰 静岡県静岡市大谷836番地 静岡大学内 (72)発明者 青山 尚之 静岡県静岡市大谷836番地 静岡大学内 (72)発明者 村上 健司 静岡県静岡市大谷836番地 静岡大学内 (72)発明者 石川 賢司 静岡県静岡市大谷836番地 静岡大学内 (72)発明者 野村 卓志 静岡県静岡市大谷836番地 静岡大学内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 レーザビームを全反射させて進路を変え
   るプリズムと、このプリズムの反射面の外側に微小な間
   隔をおいて配置された高屈折率プレートと、この高屈折
   率プレートと前記プリズム表面との前記間隔を微細に変
   化させる微小変位素子と、前記プリズムで反射した出射
   ビームの強度を検出する光検出手段と、検出した光強度
   と設定値との偏差に基づいて偏差をゼロにするように前
   記微小変位素子を駆動するフィードバック制御手段とを
   備えたレーザ用光安定器。