JPH07106680A - ３周波レーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 利得曲線の最大値とその両脇にスペクトルを
有する３周波安定化レーザを提供し、両脇のスペクトル
を取り除いて利得曲線の最大値で発振した単一モードレ
ーサ光を得る手段を確立する。 【構成】 利得曲線の中央部のスペクトルとその両側の
スペクトルの２つの周波波数差は周波数引き寄せ現象に
より一見勝手に変動する。この２つの周波数差すなわち
光ビートで得られる２つのビートの相対的な動きを信号
として用い１本のスペクトルが利得曲線の最大値に一致
するようレーザ共振器を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は周波数引き寄せ現象を利
用し３本のスペクトルを出す周波数安定化レーザ、さら
に３本のスペクトルから２本のスペクトルを取り除き、
強い強度を持つ単一周波数安定化レーザ光を得る装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】単一周波数を持つ安定化レーザの利用分
野は広い範囲に及んでいるが、このレーザは殆どすべて
偏光安定形であり図１のように利得曲線の中心から等分
に離れた周波数で発振させられるので、その結果利用出
来るレーザ光の強度は発振光の強度の約半分であった。
この点を改良するこころみもわずかではあるが為されて
きた。その一つとして強度干渉を利用し利得曲線の中心
で発振させる試み〔Ａｐｐｌ．ｏｐｔ ２８（１９８
９）１５２５］もあるが、安定な光学干渉計を要しその
ため高価となるので現実的ではなかった。

【０００３】また、隣り合ったスペクトルでなく両隣ど
うしのスペクトルのビート周波数を求めこれを安定させ
ることにより利得曲線の中心で発振させる試みもある
が、本発明の方法に比して信号が弱く不利である。［光
学２２（１９９３）３３５］

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】単一周波数で当該レー
ザ管の能力一杯のパワーを引き出すために利得曲線の頂
上の周波数でレーザ発振を行えばよい。一般に制御点を
ある曲線の極値にもって来るために変調を行う方式が採
られるが実用レーザではそれは許されない。

【０００５】ここでは無変調であり、現実に多用出来る
ような価格で利得曲線の頂上周波数で発振したレーザ光
を採り出すことの出来る中央のスペクトルが強く両隣の
スペクトルが弱い３周波レーザ発振の制御法並びに装置
をつくることを課題とする。一般には隣り合ったスペク
トルの偏光の方向は直交しているので中央のスペクトル
の取り出しは偏光子を通すことにより行われる。

【０００６】

【発明の概要】レーザ共振器の隣り合った干渉次数のモ
ードの周波数差はＣ／２ＬＨｚで、全く同じ値を持つ
が、次数が隣り合った３つの干渉次数に対応したスペク
トルの周波数は両隣で異なった値となる。これは周波数
引き寄せ現象によるもので、利得曲線と引き寄せ量の関
係を摸式的図３に示す。γ（μ）は利得曲線でＰ（μ）
が引き寄せ量（分散曲線の符号が逆になったもの）を示
す。共振器長が変化したとき隣のスペクトルとの間隔が
複雑に変化することがわかる。この図は利得曲線をなめ
らかなガウス形と想定したもので、アイソトープの影
響、ホールバーニングの影響を考慮するとさらに複雑に
なる。

【０００７】また同じく引き寄せ現象により一本の中央
のスペクトルが利得曲線の頂上にやつて来たとき、低周
波側のスペクトルとの周波数差と反対側の隣の高周波側
のスペクトルとの周波数差は異なり中央のスペクトルと
低周波側のスペクトルで生ずる第１のビートと、中央の
スペクトルと高周波側のスペクトルで生ずる第２のビー
トの周波数は異なると共に、中央のスペクトルが移動す
ると第１、第２のビート周波数も変化する。

【０００８】そこで上記の第１のビートと第２のビート
の周波数差あるいは第３のビートを求めれば、第３のビ
ートの周波数は中央のスペクトルの周波数のわずかな変
化にも感応することになる。従って第３のビートの周波
数が中央のスペクトルの周波数が利得曲線のほゞ頂上の
周波数になるような値に制御すれば図３のようなスペク
トルを得ることが出来る。

【０００９】上記の第１、第２のビートは周波数だけで
はなくパワースペクトルの強度も変るので第３のビート
周波数を利用する代りに第１、第２のビートの強さの比
を利用しても同様のことが出来る。

【００１０】図３の例では内部共振器型のレーザを想定
しているが、 単一偏光レーザの制御についても全く同
様である。

【００１１】

【実施例】３本のスペクトルを放出するレーザ１の光は
検知器２で検知され第１のビートと第２のビートという
２つのビートを持つ電気信号に変えられる。この信号は
取扱の楽な周波数に変えるため発振器４とミキサ３で周
波数が下げられる。ミキサ３のＩＦ出力は２つのビート
と発振器４の周波数差の搬送周波数で、２つのビートの
周波数差を包絡線とした信号になっている。この信号を
整流検波回路５とローパスフイルタ６で包絡線に対応し
た交流信号に変換して第３のビートを得る。第３のビー
トは周波数電圧変換器７によって電圧に変えられ電力増
幅器８で増幅された後レーザ管周辺のヒータ電流とな
る。第３のビート周波数が一定になるようヒータ電流を
制御している。

【００１２】図５は他の実施例である。ミキサ３のＩＰ
出力のパワースペクトルは２本のスペクトルで、パワー
スペクトルの間隔と同時にパワーの割合も変化してい
る。従ってハイパスフイルタあるいは高周波側のバンド
パスフイルタ１０、ローパスフイルタあるいは低周波側
のバンドパスフイルタ１１を通した後整流検波器１２、
１３でスペクトルのパワーを電圧に変え、比，（差）測
定器１４で電圧の比，（差）を求めこの比，（差）が一
定になるよう制御を行えばよい。

【００１３】

【発明の効果】利得曲線の中心及びその両脇にスペクト
ルを持つ３周波レーザの両脇のスペクトルを取り除いて
使用することにより実現可能な範囲で最大のパワーを持
つ単一モードレーザ光を得ることが出来る。

【００１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のレーザのスペクトルの説明図である。

【図２】 周波数引き寄せ現象の説明図である。

【図３】 本発明によるレーザのスペクトルの説明図で
ある。

【図４】 本発明の実施例である。

【図５】 本発明の他の実施例である。

【符号の説明】

１、 レーザ ２、 検知器 ３、 ミキサ ４、 発振器 ５、 整流検波器 ６、１１、 ローパスフイルタ ７、 周波数−電圧変換器 ８、 増幅器 １０、 ハイパスフイルタ １２、１３、 整流検波器 １４、 電圧比（差）測定回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ共振器の異なる干渉次数に対応す
   る縦モードとして３本のスペクトルを放出する気体レー
   ザと、該放出光を検知し中央のスペクトルと低周波側の
   スペクトルの間に生ずる第１のビート信号と、中央のス
   ペクトルと高周波側のスペクトルの間に生ずる第２のビ
   ート信号を求め、さらに第１のビート信号と第２のビー
   ト信号の間に生ずる第３のビートを求める手段と、該第
   ３のビート信号の周波数を電圧に変換して該第３のビー
   ト周波数が一定になるよう共振器長を制御するかあるい
   は、前記第１のビート信号と前記第２のビート信号の信
   号強度の比が一定になるよう共振器長を制御することを
   特徴とする３周波レーザ発振装置。