JPH0562832B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0562832B2 JPH0562832B2 JP60061876A JP6187685A JPH0562832B2 JP H0562832 B2 JPH0562832 B2 JP H0562832B2 JP 60061876 A JP60061876 A JP 60061876A JP 6187685 A JP6187685 A JP 6187685A JP H0562832 B2 JPH0562832 B2 JP H0562832B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- wavelength
- methane
- resonator
- component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/1061—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using a variable absorption device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/139—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
- H01S3/1392—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length by using a passive reference, e.g. absorption cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/04—Gain spectral shaping, flattening
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08086—Multiple-wavelength emission
- H01S3/0809—Two-wavelenghth emission
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/06832—Stabilising during amplitude modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は２つの波長成分を含むレーザ光を発生
することができるレーザ装置に関する。
することができるレーザ装置に関する。
（従来技術）
特定波長のレーザ光がある種の気体に吸収され
易いことを利用して気体の有無を検出できること
が知られており、この原理を応用したセンシング
技術が工業計測、公害監視などに広く用いられて
いる。一例として、He−Neレーザにより発生さ
れるレーザ光の3.39nm帯には真空波長が
3.3922nm（λ1）と3.3912μm（λ2）の２つの発振線
があり、λ1はメタンに強く吸収され、λ2はメタン
にわずかしか吸収されない。そこでこの２つの波
長成分を含むレーザ光を使つてメタンの有無を感
度よく検出することが可能である。メタンは都市
ガスの主成分であるのでメタンガスの検出によつ
て都市ガスの漏洩が検知できる。
易いことを利用して気体の有無を検出できること
が知られており、この原理を応用したセンシング
技術が工業計測、公害監視などに広く用いられて
いる。一例として、He−Neレーザにより発生さ
れるレーザ光の3.39nm帯には真空波長が
3.3922nm（λ1）と3.3912μm（λ2）の２つの発振線
があり、λ1はメタンに強く吸収され、λ2はメタン
にわずかしか吸収されない。そこでこの２つの波
長成分を含むレーザ光を使つてメタンの有無を感
度よく検出することが可能である。メタンは都市
ガスの主成分であるのでメタンガスの検出によつ
て都市ガスの漏洩が検知できる。
第７図は２台のレーザを用いてメタンを検知す
る従来のメタン検知システムの概略構成を示して
おり、光源部１と、受光部２と、信号処理部３と
により構成されている。光源部１は3.3922μmの
レーザ光を発光するHe−Neレーザ１ａと、
3.3912μmのレーザ光を発光するHe−Neレーザ１
ｂと、ガイド用の赤色光（0.6328μm）を発光す
るHe−Neレーザ１ｃとを含み、レーザ１ａおよ
び１ｂからのレーザ光を異なる周波数で変調する
メカニカルチヨツパー１ｄおよび１ｅとを有す
る。レーザ１ｃからの赤色光およびレーザ１ａ，
１ｂからの変調されたレーザ光はミラーM1，
M2，M3，M4およびハーフミラーHM1および
HM2により監視領域Ｄに向けて発射され道路や
壁などの障害物４で反射され受光部２で受光され
る。
る従来のメタン検知システムの概略構成を示して
おり、光源部１と、受光部２と、信号処理部３と
により構成されている。光源部１は3.3922μmの
レーザ光を発光するHe−Neレーザ１ａと、
3.3912μmのレーザ光を発光するHe−Neレーザ１
ｂと、ガイド用の赤色光（0.6328μm）を発光す
るHe−Neレーザ１ｃとを含み、レーザ１ａおよ
び１ｂからのレーザ光を異なる周波数で変調する
メカニカルチヨツパー１ｄおよび１ｅとを有す
る。レーザ１ｃからの赤色光およびレーザ１ａ，
１ｂからの変調されたレーザ光はミラーM1，
M2，M3，M4およびハーフミラーHM1および
HM2により監視領域Ｄに向けて発射され道路や
壁などの障害物４で反射され受光部２で受光され
る。
受光部２では入射したレーザ光を受光鏡２ａ，
２ｂで反射し集光させて受光センサ２ｃで電気信
号に変換する。受光センサ２ｃの出力は信号処理
部３のプリアンプ３ａでまず増幅され、次に光源
部１のメカニカルチヨツパー１ｄおよび１ｅの変
調周波数に同期させたロツクインアンプ３ｂおよ
び３ｃで分離されレコーダ３ｄにより記録され
る。この記録された２つの信号の差から監視領域
Ｄにメタンが存在しているか否かを知ることがで
きる。
２ｂで反射し集光させて受光センサ２ｃで電気信
号に変換する。受光センサ２ｃの出力は信号処理
部３のプリアンプ３ａでまず増幅され、次に光源
部１のメカニカルチヨツパー１ｄおよび１ｅの変
調周波数に同期させたロツクインアンプ３ｂおよ
び３ｃで分離されレコーダ３ｄにより記録され
る。この記録された２つの信号の差から監視領域
Ｄにメタンが存在しているか否かを知ることがで
きる。
このような構成のメタン検知システムは多数の
ミラーやハーフミラーを用いるため光学系が複雑
で大きな体積を要するだけでなく光軸調整が厄介
であり、レーザ光の損失が大きい。また信号処理
が複雑な上メカニカルチヨツパーの動作上の限界
から高周波変調ができずSN比の点で不利である
など多くの問題がある。
ミラーやハーフミラーを用いるため光学系が複雑
で大きな体積を要するだけでなく光軸調整が厄介
であり、レーザ光の損失が大きい。また信号処理
が複雑な上メカニカルチヨツパーの動作上の限界
から高周波変調ができずSN比の点で不利である
など多くの問題がある。
一方、米国特許第4059356号には、レーザ共振
器内に大気循環用セルを設け、監視したい場所に
そのレーザをもつていけばその場所の大気がレー
ザ共振器内に入るのでレーザの発振波長により大
気中のメタンの有無を検知することができるよう
にした気体検知器が開示されている。この検知器
では上述した問題はないが、遠隔検知は不可能で
ある。
器内に大気循環用セルを設け、監視したい場所に
そのレーザをもつていけばその場所の大気がレー
ザ共振器内に入るのでレーザの発振波長により大
気中のメタンの有無を検知することができるよう
にした気体検知器が開示されている。この検知器
では上述した問題はないが、遠隔検知は不可能で
ある。
（発明の目的および構成）
本発明は上記の点にかんがみてなされたもの
で、気体検知システムの構成を簡潔にし遠隔、広
域での気体検知を可能にするための発振レーザ装
置を提案することを目的とし、この目的を達成す
るために、２波長成分を含むレーザ光を発振する
レーザを用い、２波長成分の利得をほぼ等しく
し、共振器長Ｌを Ｌ＝λ1λ2／２｜λ1−λ2｜（整数＋１／２）に選んだ
上 で微小変調させ且つその結果２波長成分の出力が
同時に変調され且つその出力の和の変調成分が０
になるように共振器長を自動制御するように構成
した。
で、気体検知システムの構成を簡潔にし遠隔、広
域での気体検知を可能にするための発振レーザ装
置を提案することを目的とし、この目的を達成す
るために、２波長成分を含むレーザ光を発振する
レーザを用い、２波長成分の利得をほぼ等しく
し、共振器長Ｌを Ｌ＝λ1λ2／２｜λ1−λ2｜（整数＋１／２）に選んだ
上 で微小変調させ且つその結果２波長成分の出力が
同時に変調され且つその出力の和の変調成分が０
になるように共振器長を自動制御するように構成
した。
（実施例）
以下本発明を図面に基づいて説明する。以下に
例示する２波長発振レーザ装置はメタン検知用と
して説明するが、本発明はこれに限定されるもの
でないことはもちろんである。
例示する２波長発振レーザ装置はメタン検知用と
して説明するが、本発明はこれに限定されるもの
でないことはもちろんである。
第１図はメタン検知を目的とした本発明による
２波長発振レーザ装置の一実施例を示しており、
１０はHe−Ne放電管１１はメタンガスを含むメ
タンセル、１２，１３はミラーであり、これらに
よりHe−Neレーザが構成されている。ミラー１
３は電歪素子１４により所定の振動数で振動し、
これにより両ミラー１２，１３間の共振器長Ｌが
変調されるようになつている。１５はHe−Neレ
ーザから発生するレーザ光の光軸中に配置された
ハーフミラー、１６はInAsなどの光センサ、１
７は発振器１８の周波数に同期して変化する光セ
ンサ１６の出力成分を検出するロツクインアン
プ、１９はロツクインアンプ１７の出力を積分す
る積分器、２０は積分器１９の出力と発振器１８
の出力を混合して高電圧に増幅する高電圧アンプ
で、電歪素子１４はこの高電圧により駆動され
る。
２波長発振レーザ装置の一実施例を示しており、
１０はHe−Ne放電管１１はメタンガスを含むメ
タンセル、１２，１３はミラーであり、これらに
よりHe−Neレーザが構成されている。ミラー１
３は電歪素子１４により所定の振動数で振動し、
これにより両ミラー１２，１３間の共振器長Ｌが
変調されるようになつている。１５はHe−Neレ
ーザから発生するレーザ光の光軸中に配置された
ハーフミラー、１６はInAsなどの光センサ、１
７は発振器１８の周波数に同期して変化する光セ
ンサ１６の出力成分を検出するロツクインアン
プ、１９はロツクインアンプ１７の出力を積分す
る積分器、２０は積分器１９の出力と発振器１８
の出力を混合して高電圧に増幅する高電圧アンプ
で、電歪素子１４はこの高電圧により駆動され
る。
He−Neレーザには真空波長が3.3922nm（λ1）
と3.3912μm（λ2）の近接した２つの発振線がある
が、通常の条件下では波長λ1の成分の方が波長λ2
の成分より利得が大きいために競合の結果波長λ1
成分のみが発振し、波長λ2は発振しない。ところ
が本He−Neレーザ装置には共振器内にλ1の光を
吸収するメタンセル１１が設けられているので、
波長λ1成分の総合利得は減少し、メタン圧を適当
に選ぶと、波長λ2成分の利得とほぼ等しくなり第
２図および第３図に示すようにλ1とλ2の２波長同
時発振が可能になる。この場合、メタンセル１１
による波長λ1成分の吸収はメタン圧力により第３
図に示すように変化するので適当な圧力（たとえ
ば1.3Torr）に調整することが必要である。
と3.3912μm（λ2）の近接した２つの発振線がある
が、通常の条件下では波長λ1の成分の方が波長λ2
の成分より利得が大きいために競合の結果波長λ1
成分のみが発振し、波長λ2は発振しない。ところ
が本He−Neレーザ装置には共振器内にλ1の光を
吸収するメタンセル１１が設けられているので、
波長λ1成分の総合利得は減少し、メタン圧を適当
に選ぶと、波長λ2成分の利得とほぼ等しくなり第
２図および第３図に示すようにλ1とλ2の２波長同
時発振が可能になる。この場合、メタンセル１１
による波長λ1成分の吸収はメタン圧力により第３
図に示すように変化するので適当な圧力（たとえ
ば1.3Torr）に調整することが必要である。
次に共振器長と発振出力との関係について考え
ると、一般にガスレーザの場合、その利得曲線は
レーザ媒質固有の中心周波数のまわりにドツプラ
ー広がりをしており、その中で共振器により共振
条件νr＝nC／2L（Ｌは共振器長、Ｃは光速度、ｎ
は整数）を満足する周波数νrのみが発振する（第
２図参照）。この場合νrが中心周波数に近ければ
出力は大きくなり、中心周波数から離れると出力
は小さくなる。共振器長Ｌが変るとνrは次々と中
心周波数を横切るので、共振器長Ｌの変化に対し
て発振強度は周期的に変化することになる。
ると、一般にガスレーザの場合、その利得曲線は
レーザ媒質固有の中心周波数のまわりにドツプラ
ー広がりをしており、その中で共振器により共振
条件νr＝nC／2L（Ｌは共振器長、Ｃは光速度、ｎ
は整数）を満足する周波数νrのみが発振する（第
２図参照）。この場合νrが中心周波数に近ければ
出力は大きくなり、中心周波数から離れると出力
は小さくなる。共振器長Ｌが変るとνrは次々と中
心周波数を横切るので、共振器長Ｌの変化に対し
て発振強度は周期的に変化することになる。
２波長発振の場合は、それぞれの波長成分がこ
のように変化するが、 Ｌ＝λ1λ2／２｜λ1−λ2｜（１／２＋整数） を満たすように共振器長Ｌを選べば、その近辺で
共振器長Ｌの変化に対して、第４図のようにλ1と
λ2の出力最大点Ｂ，Ｃは互いの中間点に位置する
ようになる。
のように変化するが、 Ｌ＝λ1λ2／２｜λ1−λ2｜（１／２＋整数） を満たすように共振器長Ｌを選べば、その近辺で
共振器長Ｌの変化に対して、第４図のようにλ1と
λ2の出力最大点Ｂ，Ｃは互いの中間点に位置する
ようになる。
そこで共振器長Ｌをある値L0を中心にして周
波数によりΔlの振幅で変化（変調）させると
すると、２波長λ1，λ2のレーザ光の出力をそれぞ
れI1，I2（第４図において鎖線および破線で示す）
とし、全出力をＩ（第４図において実線で示す）
とすると、次のように表わせる。
波数によりΔlの振幅で変化（変調）させると
すると、２波長λ1，λ2のレーザ光の出力をそれぞ
れI1，I2（第４図において鎖線および破線で示す）
とし、全出力をＩ（第４図において実線で示す）
とすると、次のように表わせる。
I1＝I1（L0）＋dI1（L0）／dL
・Δlsin2πt＋高次成分
I2＝I2（L0）＋dI2（L0）／dL
・Δlsin2πt＋高次成分
Ｉ＝I1＋I2＝I1（L0）＋I2（L0）＋
｛dI1（L0）／dL＋dI2（L0）／dL｝
・Δlsin2πt＋高次成分
そこで、全出力Ｉの変調周波数成分をロツク
インアンプ１７（第１図参照）により位相検波
し、その出力を誤差信号として高電圧アンプ２０
を介して電歪素子１４にフイードバツクをかける
と、 dI1（L0）／dL＋dI2（L0）／dL＝０ ……(1) を満足するように共振器長の変調の中心L0が自
動制御される。この場合誤差信号の位相を適当に
選択することにより dI1（L0）／dL＝−dI2（L0）／dL≠０ を満足するように自動制御しなければならない。
インアンプ１７（第１図参照）により位相検波
し、その出力を誤差信号として高電圧アンプ２０
を介して電歪素子１４にフイードバツクをかける
と、 dI1（L0）／dL＋dI2（L0）／dL＝０ ……(1) を満足するように共振器長の変調の中心L0が自
動制御される。この場合誤差信号の位相を適当に
選択することにより dI1（L0）／dL＝−dI2（L0）／dL≠０ を満足するように自動制御しなければならない。
第１図に示したセンサ１６、ロツクインアンプ
１７、積分器１９、高電圧アンプ２０でフイード
バツク回路を構成しており、レーザ光の全出力Ｉ
が赤外光センサ１６により検出され、そのうち変
調周波数成分がロツクインアンプ１７により検波
され、積分器１９により積分されて高電圧アンプ
２０のバイアス電圧を決定する。その結果、高電
圧アンプ２０はそのバイアス電圧を中心にして発
振器１８の発振周波数で変動する高電圧を出力し
電歪素子１４を駆動する。フイードバツク効果に
より変調波成分がなくなつたときは積分器１９が
そのとき保持している積分値により高電圧アンプ
２０のバイアス電圧が保持され、その出力高電圧
が一定に保持されて発振が継続される。動作中に
温度変化などにより共振器長Ｌが変化したときは
フイードバツク回路によるフイートバツク作用に
より修正される。
１７、積分器１９、高電圧アンプ２０でフイード
バツク回路を構成しており、レーザ光の全出力Ｉ
が赤外光センサ１６により検出され、そのうち変
調周波数成分がロツクインアンプ１７により検波
され、積分器１９により積分されて高電圧アンプ
２０のバイアス電圧を決定する。その結果、高電
圧アンプ２０はそのバイアス電圧を中心にして発
振器１８の発振周波数で変動する高電圧を出力し
電歪素子１４を駆動する。フイードバツク効果に
より変調波成分がなくなつたときは積分器１９が
そのとき保持している積分値により高電圧アンプ
２０のバイアス電圧が保持され、その出力高電圧
が一定に保持されて発振が継続される。動作中に
温度変化などにより共振器長Ｌが変化したときは
フイードバツク回路によるフイートバツク作用に
より修正される。
このように自動制御されたときHe−Neレーザ
から発生する波長λ1，λ2成分の出力は互に180°ず
れて変調されているが全出力は変調されていな
い。このレーザ光がメタンを含む大気中を通過す
ると、波長λ1成分が吸収され全強度は変調成分を
もつことになる。これによりメタンの検知が可能
になる。波長λ1成分がメタンに完全に吸収された
ときの変調成分出力は dI2（L0）／dL・Δlとなる。
から発生する波長λ1，λ2成分の出力は互に180°ず
れて変調されているが全出力は変調されていな
い。このレーザ光がメタンを含む大気中を通過す
ると、波長λ1成分が吸収され全強度は変調成分を
もつことになる。これによりメタンの検知が可能
になる。波長λ1成分がメタンに完全に吸収された
ときの変調成分出力は dI2（L0）／dL・Δlとなる。
第５図は共振器長683mm、放電電流8mA、Ne
ガス圧力0.4Torr、Heガス圧力2Torr、メタンセ
ルの長さ42mm、メタンガス圧力2TorrのHe−Ne
レーザ装置を用いて実験した結果を示しており、
横軸は電歪素子１４は印加される電圧で100V増
すごとに共振器長は約1μm減少する。また縦軸は
イがレーザ装置の全出力、ロが波長λ1成分、ハが
波長λ2成分である。この図からわかるように、
He−Neレーザの一方のミラー１３に固定された
電歪素子１４に印加する電圧をたとえば点Ａと点
Ｂとの間で変化させて共振器長を変調すると、各
波長成分は約0.5mWの変調を受けるが、全出力
は一定である。
ガス圧力0.4Torr、Heガス圧力2Torr、メタンセ
ルの長さ42mm、メタンガス圧力2TorrのHe−Ne
レーザ装置を用いて実験した結果を示しており、
横軸は電歪素子１４は印加される電圧で100V増
すごとに共振器長は約1μm減少する。また縦軸は
イがレーザ装置の全出力、ロが波長λ1成分、ハが
波長λ2成分である。この図からわかるように、
He−Neレーザの一方のミラー１３に固定された
電歪素子１４に印加する電圧をたとえば点Ａと点
Ｂとの間で変化させて共振器長を変調すると、各
波長成分は約0.5mWの変調を受けるが、全出力
は一定である。
上記実施例では、He−Neレーザから出力する
２波長のレーザ光の利得を等しくするのに一方の
波長のみを適度に吸収するセルを共振器内に配置
したが、セルを用いる代りに共振器を構成するミ
ラーの反射率に波長特性をもたせてもよいし、両
者を組合せてもよい。
２波長のレーザ光の利得を等しくするのに一方の
波長のみを適度に吸収するセルを共振器内に配置
したが、セルを用いる代りに共振器を構成するミ
ラーの反射率に波長特性をもたせてもよいし、両
者を組合せてもよい。
また、２波長のそれぞれの強度変調幅を大きく
とるために第６図イに示すように鋭い中心周波数
依存性をもつ吸収物質（中心周波数νc＋Δν）を
有する気体吸収セルを共振器内に配置する。第６
図イにおいて、上の波形はレーザ媒質の利得の周
波数特性を示しており、下の波形は吸収物質の吸
収の周波数特性を示しており、総合的な利得が同
図ロに示すように周波数のわずかな変化で大きく
変るようにすることができる。上記実施例ではメ
タンがこのような吸収物質としても機能してい
る。
とるために第６図イに示すように鋭い中心周波数
依存性をもつ吸収物質（中心周波数νc＋Δν）を
有する気体吸収セルを共振器内に配置する。第６
図イにおいて、上の波形はレーザ媒質の利得の周
波数特性を示しており、下の波形は吸収物質の吸
収の周波数特性を示しており、総合的な利得が同
図ロに示すように周波数のわずかな変化で大きく
変るようにすることができる。上記実施例ではメ
タンがこのような吸収物質としても機能してい
る。
このような方法による変調幅の大幅な増大は上
記実施例のような２波長発振レーザ装置のみなら
ず単波長発振レーザ装置にも適用することができ
る。
記実施例のような２波長発振レーザ装置のみなら
ず単波長発振レーザ装置にも適用することができ
る。
本発明はHe−Neレーザに限らずCO2レーザな
どのガスレーザ、さらには液体レーザ、固体レー
ザ、半導体レーザなどでも２波長を発振するレー
ザならば用いることができる。たとえば、CO2レ
ーザの場合は、アンモニアに強く吸収される波長
9.380534μmのＲ（２）線とアンモニアに吸収され
ない波長9.428857μmのＰ（４）線の２波長発振に
応用できる。
どのガスレーザ、さらには液体レーザ、固体レー
ザ、半導体レーザなどでも２波長を発振するレー
ザならば用いることができる。たとえば、CO2レ
ーザの場合は、アンモニアに強く吸収される波長
9.380534μmのＲ（２）線とアンモニアに吸収され
ない波長9.428857μmのＰ（４）線の２波長発振に
応用できる。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明においては、比較
的近い２波長成分を含むレーザ光を発振するレー
ザを持ち、２波長成分の利得をほぼ等しくし、共
振器長ＬをＬ＝λ1λ2／２｜λ1−λ2｜（整数＋１／２
） に選んで微小変調させ且つその結果得られるレー
ザ光の全出力の変調成分が０になるように共振器
長の変調にフイードバツクをかけるようにすると
２波長成分の出力が交互に強弱を繰り返す２波長
発振レーザ装置が実現できる。
的近い２波長成分を含むレーザ光を発振するレー
ザを持ち、２波長成分の利得をほぼ等しくし、共
振器長ＬをＬ＝λ1λ2／２｜λ1−λ2｜（整数＋１／２
） に選んで微小変調させ且つその結果得られるレー
ザ光の全出力の変調成分が０になるように共振器
長の変調にフイードバツクをかけるようにすると
２波長成分の出力が交互に強弱を繰り返す２波長
発振レーザ装置が実現できる。
本発明による２波長発振レーザ装置を用いて気
体検知システムを構成すれば、１台のレーザです
むので使用するミラーやハーフミラーが少なくな
つて光学系が簡潔になり光損失が減少するととも
に光軸調整の煩わしさが減少する。また、共振器
長の変調を電気的に行なつているので、従来のメ
カニカルチヨツパーより高い周波数での変調が可
能になりSN比を改善することができる。また、
２波長を分離して検出する必要がないために測定
系（たとえばロツクインアンプを含む信号処理
系）が極めて簡潔になる。
体検知システムを構成すれば、１台のレーザです
むので使用するミラーやハーフミラーが少なくな
つて光学系が簡潔になり光損失が減少するととも
に光軸調整の煩わしさが減少する。また、共振器
長の変調を電気的に行なつているので、従来のメ
カニカルチヨツパーより高い周波数での変調が可
能になりSN比を改善することができる。また、
２波長を分離して検出する必要がないために測定
系（たとえばロツクインアンプを含む信号処理
系）が極めて簡潔になる。
さらに、本発明によるレーザ装置を用い発振レ
ーザ光を光フアイバーで導けば遠隔、広域での気
体検知が可能になり、ガス漏れ検知をはじめとし
て工業計測や公害監視などその応用分野は極めて
広いと考えられる。
ーザ光を光フアイバーで導けば遠隔、広域での気
体検知が可能になり、ガス漏れ検知をはじめとし
て工業計測や公害監視などその応用分野は極めて
広いと考えられる。
第１図は本発明による２波長発振レーザ装置の
一実施例の概略線図、第２図は本発明による２波
長発振レーザ装置により発振される２波長レーザ
光の利得と共振周波数の関係を示す図、第３図は
メタンセルによるHe−Neレーザの２波長出力の
変化を示す図、第４図は本発明による２波長発振
レーザ装置の共振器長と発振出力との関係を示す
図、第５図は本発明による２波長発振レーザ装置
の実験による出力変化を示す図、第６図は第１図
に示した実施例の変形例における変調幅増大の効
果を説明する図、第７図は従来のメタン検知シス
テムの概略線図である。 １０……He−Neレーザ、１１……メタンセ
ル、１２，１３……ミラー、１４……電歪素子、
１５……ハーフミラー、１６……センサ、１７…
…ロツクインアンプ、１８……発振器、１９……
積分器、２０……高電圧アンプ。
一実施例の概略線図、第２図は本発明による２波
長発振レーザ装置により発振される２波長レーザ
光の利得と共振周波数の関係を示す図、第３図は
メタンセルによるHe−Neレーザの２波長出力の
変化を示す図、第４図は本発明による２波長発振
レーザ装置の共振器長と発振出力との関係を示す
図、第５図は本発明による２波長発振レーザ装置
の実験による出力変化を示す図、第６図は第１図
に示した実施例の変形例における変調幅増大の効
果を説明する図、第７図は従来のメタン検知シス
テムの概略線図である。 １０……He−Neレーザ、１１……メタンセ
ル、１２，１３……ミラー、１４……電歪素子、
１５……ハーフミラー、１６……センサ、１７…
…ロツクインアンプ、１８……発振器、１９……
積分器、２０……高電圧アンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２波長成分を含むレーザ光を発振するレーザ
と、前記２波長成分の利得をほぼ等しく調整する
利得調整手段と、前記レーザの共振器長を周期的
に変調させる共振器長変調手段と、前記レーザ光
の変調された２波長成分の出力の和がほぼ一定と
なるように前記共振器長変調手段の変調中心を制
御する制御手段とを有することを特徴とするレー
ザ装置。 ２ 前記利得調整手段がレーザの共振器内に設け
られた特定波長を吸収する気体である特許請求の
範囲第１項に記載のレーザ装置。 ３ 前記共振器長変調手段が電歪素子を有する特
許請求の範囲第１項に記載のレーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60061876A JPS61222289A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | レ−ザ装置 |
| US06/841,913 US4745606A (en) | 1985-03-28 | 1986-03-20 | Dual-wavelength laser apparatus |
| DE8686302174T DE3676530D1 (de) | 1985-03-28 | 1986-03-25 | Zweiwellenlaengen-laservorrichtung. |
| EP86302174A EP0196856B1 (en) | 1985-03-28 | 1986-03-25 | Dual-wavelength laser apparatus |
| CA000505030A CA1261046A (en) | 1985-03-28 | 1986-03-25 | Dual-wavelength laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60061876A JPS61222289A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61222289A JPS61222289A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH0562832B2 true JPH0562832B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=13183769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60061876A Granted JPS61222289A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | レ−ザ装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4745606A (ja) |
| EP (1) | EP0196856B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61222289A (ja) |
| CA (1) | CA1261046A (ja) |
| DE (1) | DE3676530D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101958505A (zh) * | 2010-07-31 | 2011-01-26 | 山西大学 | 双波长外腔共振系统的频率锁定装置 |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4868833A (en) * | 1987-08-10 | 1989-09-19 | Hughes Aircraft Company | Raman cavity dump laser |
| DE3819333A1 (de) * | 1988-06-07 | 1989-12-14 | Siemens Ag | Laseranordnung mit hoher frequenz- und intensitaetsstabilitaet der laserstrahlung |
| JPH0315742A (ja) * | 1989-03-23 | 1991-01-24 | Anritsu Corp | ガス検出装置 |
| US4932030A (en) * | 1989-06-05 | 1990-06-05 | At&T Bell Laboratories | Frequency stabilization of long wavelength semiconductor laser via optogalvanic effect |
| US5091913A (en) * | 1990-04-10 | 1992-02-25 | Tsinghua Unversity | Quartz crystal tuning he-ne double frequency laser |
| JPH0830680B2 (ja) * | 1990-10-15 | 1996-03-27 | アンリツ株式会社 | ガス検出装置 |
| US5181212A (en) * | 1991-12-31 | 1993-01-19 | The United State Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of emitting on a specific wavelength Fraunhofer line using a neodymium doped laser transmitter |
| JP3564705B2 (ja) * | 1992-03-02 | 2004-09-15 | ソニー株式会社 | レーザ光発生装置 |
| US5276695A (en) * | 1992-10-26 | 1994-01-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Multifrequency, rapidly sequenced or simultaneous tunable laser |
| AUPM316293A0 (en) * | 1993-12-24 | 1994-07-28 | Electro Optic Systems Pty Limited | Improved laser cavity assembly |
| DE4402054A1 (de) * | 1994-01-25 | 1995-07-27 | Zeiss Carl Fa | Gaslaser und Gasnachweis damit |
| US6141368A (en) * | 1998-05-13 | 2000-10-31 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of controlling lasing wavelength(s) |
| US6295308B1 (en) | 1999-08-31 | 2001-09-25 | Corning Incorporated | Wavelength-locked external cavity lasers with an integrated modulator |
| US6595920B2 (en) | 2001-05-21 | 2003-07-22 | The Ohio State University | Non-contact instrument for measurement of internal optical pressure |
| CN101557076B (zh) * | 2009-05-22 | 2011-06-01 | 中国科学院国家授时中心 | 抗振外腔半导体激光器 |
| GB201214899D0 (en) | 2012-08-21 | 2012-10-03 | Stfc Science & Technology | Method and apparatus for external cavity laser absorption spectroscopy |
| CN104682194A (zh) * | 2014-11-02 | 2015-06-03 | 北京工业大学 | 用于产生太赫兹波、微波的双共振垂直腔面发射激光器结构 |
| CN104409960B (zh) * | 2014-11-26 | 2017-08-11 | 山西大学 | 一种自动激光稳频装置及方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3842367A (en) * | 1973-04-25 | 1974-10-15 | Us Air Force | Technique and apparatus for stabilizing the frequency of a gas laser |
| US4504950A (en) * | 1982-03-02 | 1985-03-12 | California Institute Of Technology | Tunable graded rod laser assembly |
| US4434490A (en) * | 1982-03-31 | 1984-02-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Spectrophone stabilized laser with line center offset frequency control |
| US4489239A (en) * | 1982-09-24 | 1984-12-18 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Portable remote laser sensor for methane leak detection |
| US4606031A (en) * | 1984-07-17 | 1986-08-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Device for frequency modulation of a laser output spectrum |
-
1985
- 1985-03-28 JP JP60061876A patent/JPS61222289A/ja active Granted
-
1986
- 1986-03-20 US US06/841,913 patent/US4745606A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-03-25 CA CA000505030A patent/CA1261046A/en not_active Expired
- 1986-03-25 DE DE8686302174T patent/DE3676530D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-03-25 EP EP86302174A patent/EP0196856B1/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101958505A (zh) * | 2010-07-31 | 2011-01-26 | 山西大学 | 双波长外腔共振系统的频率锁定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0196856A3 (en) | 1988-06-15 |
| EP0196856B1 (en) | 1990-12-27 |
| CA1261046A (en) | 1989-09-26 |
| US4745606A (en) | 1988-05-17 |
| EP0196856A2 (en) | 1986-10-08 |
| JPS61222289A (ja) | 1986-10-02 |
| DE3676530D1 (de) | 1991-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0562832B2 (ja) | ||
| US7180595B2 (en) | Gas detection method and gas detector device | |
| US5929442A (en) | Apparatus for and method of analyzing carbon isotopes | |
| US4902125A (en) | Optical system having beam amplification | |
| US5544186A (en) | Gas laser for emitting light modulated at two different wavelengths and an arrangement incorporating the gas laser to detect a gaseous substance | |
| US4958354A (en) | Apparatus for stabilizing the intensity of light | |
| US20070008995A1 (en) | Frequency-stabilized laser and frequency stabilizing method | |
| US5502558A (en) | Laser doppler velocimeter | |
| US5018858A (en) | Ring resonator gyroscope control system with gain difference equalization | |
| JP2744728B2 (ja) | ガス濃度測定方法およびその測定装置 | |
| CA1293318C (en) | Ring laser gyroscope cavity length control apparatus and method | |
| JPH0548857B2 (ja) | ||
| JP2009033078A (ja) | 波長走査型光源 | |
| JPH11204867A (ja) | 光増幅器 | |
| US6084893A (en) | Apparatus and method of laser power and frequency stabilization of radio frequency excited laser using optogalvanic effect | |
| CA1287096C (en) | Frequency stabilization of gas lasers | |
| JP3317853B2 (ja) | レーザレーダ光源 | |
| JPH0710507Y2 (ja) | レーザドップラ速度計 | |
| JPH0815225B2 (ja) | ２波長発振レ−ザ装置 | |
| JP2852768B2 (ja) | リング共振ジャイロスコープにおける光ビームの周波数を制御する装置 | |
| JP2001015855A (ja) | レーザ発振周波数安定化装置 | |
| KR950007488B1 (ko) | 레이저 종모드간의 2차 맥놀이 신호를 이용한 레이저주파수 및 출력을 안정화하는 방법 및 장치 | |
| JPH02260480A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH01307639A (ja) | ガス検知装置 | |
| JPH09205244A (ja) | 紫外線レーザ装置 |