JPH09218432A

JPH09218432A - 発振周波数安定化装置およびレーザ装置

Info

Publication number: JPH09218432A
Application number: JP8048092A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Miyagaki; 一也宮垣
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】光学系のアライメント調整を精度良く行うこ
との可能な発振周波数安定化光装置およびレーザ装置を
提供する。【構成】この発振周波数安定化装置は、半導体レーザ
１の注入電流をフィードバック回路９により負帰還制御
し、これによって、半導体レーザ１の発振周波数をフィ
ードバック制御し、半導体レーザ１の発振周波数を周波
数弁別装置４の共振周波数(参照周波数)にロックさせ、
半導体レーザの発振周波数の安定化を図ることができ
る。さらに、この発振周波数安定化装置には、半導体レ
ーザ１の発振周波数を掃引するための掃引回路１０と、
ドライバ７にフィードバック回路９，掃引回路１０のい
ずれからの信号を与えるかを切替る切替手段１０１とが
設けられ、ドライバ７に掃引回路１０からの信号を与
え、半導体レーザ１の発振周波数を掃引することで、光
学系のアライメント調整を精度良く行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザの発
振周波数を安定化する発振周波数安定化装置およびレー
ザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平４−３３７７１３
号，特開平６−１２３９０７号には、半導体レーザの発
振周波数安定化技術として、光ヘテロダイン法(Ｐｏｕ
ｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ法)が示されている。

【０００３】図１３はこのＰｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ法
を利用した発振周波数安定化装置の基本構成を示す図で
ある。図１３を参照すると、この発振周波数安定化装置
では、半導体レーザ用ドライバ７からの駆動電流(注入
電流，直流電流)に変調用発振回路６からの微小変動電
流を重畳させて、半導体レーザ１の発振波長を微小変動
させる(半導体レーザ１からのレーザ光を位相変調(周波
数変調)する)。このように半導体レーザ１から周波数変
調されて出射されたレーザ光(半導体レーザ１からの発
振光)は、例えばコリメートレンズ２によりコリメート
され、半導体レーザ１への戻り光を防止するための光ア
イソレータ３を介してファブリペロー共振器などの周波
数弁別装置４に入射する。この際、周波数弁別装置４で
は、レーザ光をこの周波数弁別装置４の共振周波数で共
振させることによって、レーザ光の周波数を弁別して、
レーザ光の自然放出による位相ゆらぎや外乱による周波
数ゆらぎなどの周波数雑音を除去することができる。

【０００４】一方、この発振周波数安定化装置では、半
導体レーザ１の発振周波数の温度などの影響による変動
を抑えるため、周波数弁別装置４の発振周波数を参照周
波数として、半導体レーザ１に負帰還制御を行なう。す
なわち、周波数弁別装置４からの光をフォトダイオード
等の受光素子５に入射させ、受光素子５からの信号を増
幅器５１により増幅し、位相シフタ１１によって変調用
発振回路６からの変調信号と位相を合わせて、ダブルバ
ランスドミキサ(ＤＢＭ)８に与える。ダブルバランスド
ミキサ８では、受光素子５からの信号を変調用発振回路
６からの変調信号(変調周波数)と乗算して復調し、フィ
ードバック回路９を介して半導体レーザ用ドライバ７に
与え、これにより、半導体レーザ１の注入電流を負帰還
制御する。これによって、半導体レーザ１の発振周波数
をフィードバック制御することができる。

【０００５】なお、フィードバック回路９は、例えば、
フィルタ回路９１と、制御回路９２とによって構成さ
れ、フィルタ回路９１によって半導体レーザ１の発振周
波数と周波数弁別装置４の共振周波数すなわち参照周波
数との誤差信号を得て、この誤差信号を制御回路９２に
与え、制御回路９２によりドライバ７を制御して、半導
体レーザ１の注入電流すなわち発振周波数をフィードバ
ック制御することができる。

【０００６】このようにして、半導体レーザ１の発振周
波数を周波数弁別装置４の共振周波数(参照周波数)にロ
ックさせ、半導体レーザ光源の発振周波数の安定化を図
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の発振周波数安定化装置では、光学系(半導体レ
ーザ１，コリメートレンズ２，光アイソレータ３，周波
数弁別装置４，受光素子５)のアライメント(位置整列)
等を調整することについて何ら考慮がなされておらず、
光学系のアライメントの調整を精度良く行なうことが難
かしいという問題があった。

【０００８】本発明は、大規模な回路等を付加したりせ
ずに、光学系のアライメント調整を精度良く行なうこと
の可能な発振周波数安定化光装置およびレーザ装置を提
供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１乃至請求項３記載の発明は、半導体レーザ
と、該半導体レーザを駆動する駆動手段と、半導体レー
ザからのレーザ光が入射し、該入射光を所定の共振周波
数で共振させ周波数を弁別する周波数弁別装置と、前記
周波数弁別装置からの光を受光して受光信号を生成する
受光手段と、受光信号を復調する復調手段と、復調した
信号に基づき、前記駆動手段を制御し、前記半導体レー
ザの注入電流をフィードバック制御するフィードバック
制御手段とを有し、前記復調手段とフィードバック制御
手段とによって前記半導体レーザの注入電流をフィード
バック制御することにより、半導体レーザの発振周波数
を安定化させる発振周波数安定化装置であって、該発振
周波数安定化装置の光学系の調整のために、前記半導体
レーザの注入電流を掃引するための注入電流掃引手段が
さらに設けられ、注入電流を掃引して調整を行なうとき
には、前記駆動手段には、フィードバック制御手段から
の信号のかわりに、前記注入電流掃引手段からの信号を
与えるようになっている。これにより、大規模な回路等
を付加したりせずに、発振周波数安定化装置の光学系の
アライメント調整を精度良く行なうことができる。

【００１０】請求項４乃至請求項６記載の発明は、半導
体レーザと、該半導体レーザを駆動する駆動手段と、半
導体レーザからのレーザ光が入射し、該入射光を所定の
共振周波数で共振させ周波数を弁別する周波数弁別装置
と、前記周波数弁別装置からの光を受光して受光信号を
生成する受光手段と、受光信号を復調する復調手段と、
復調した信号に基づき、前記駆動手段を制御し、前記半
導体レーザの注入電流をフィードバック制御するフィー
ドバック制御手段とを有し、前記復調手段とフィードバ
ック制御手段とによって前記半導体レーザの注入電流を
フィードバック制御することにより、半導体レーザの発
振周波数を安定化させるようになっており、さらに、前
記周波数弁別装置の内部には非線形光学媒質が配置され
ており、該周波数弁別装置は、周波数弁別機能ととも
に、該周波数弁別装置に入射する光を基本波として、該
基本波を非線形光学媒質により波長変換する波長変換機
能をも有しているレーザ装置であって、該レーザ装置の
光学系の調整のために、前記半導体レーザの注入電流を
掃引するための注入電流掃引手段がさらに設けられ、注
入電流を掃引して調整を行なうときには、前記駆動手段
には、フィードバック制御手段からの信号のかわりに、
前記注入電流掃引手段からの信号を与えるようになって
いる。これにより、大規模な回路等を付加したりせず
に、レーザ装置の光学系のアライメント調整を精度良く
行なうことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る発振周波数安定
化装置の構成例を示す図である。図１を参照すると、こ
の発振周波数安定化装置は、基本的には、図１３に示し
た発振周波数安定化装置と同様の構成となっており、半
導体レーザ１からのレーザ光をコリメートするコリメー
トレンズ２と、コリメートレンズ２からのコリメートさ
れたレーザ光が入射する光アイソレータ３と、光アイソ
レータ３からのレーザ光が入射するファブリペロー共振
器などの周波数弁別装置４と、周波数弁別装置４からの
出力光を受光するフォトダイオード等の受光素子５と、
増幅器５１と、位相シフタ１１と、ミキサ(例えばタブ
ルバランスドミキサ(ＤＢＭ))８と、変調用発振回路６
と、フィードバック回路９と、半導体レーザ１を駆動す
るドライバ(駆動手段)７とを有している。

【００１２】ここで、フィードバック回路９は、例え
ば、フィルタ回路９１と、制御回路９２とによって構成
されている。

【００１３】このような構成では、前述した図１３の発
振周波数安定化装置と同様に、ドライバ７からの駆動電
流(注入電流，直流電流)に変調用発振回路６からの微小
変動電流を重畳させて、半導体レーザ１の発振波長を微
小変動させる(半導体レーザ１からのレーザ光を位相変
調(周波数変調)する)。このように半導体レーザ１から
周波数変調されて出射されたレーザ光(半導体レーザ１
からの発振光)は、例えばコリメートレンズ２によりコ
リメートされ、半導体レーザ１への戻り光を防止するた
めの光アイソレータ３を介してファブリペロー共振器な
どの周波数弁別装置４に入射する。この際、周波数弁別
装置４では、レーザ光をこの周波数弁別装置４の共振周
波数で共振させることによって、レーザ光の周波数を弁
別して、レーザ光の自然放出による位相ゆらぎや外乱に
よる周波数ゆらぎなどの周波数雑音を除去することがで
きる。

【００１４】一方、この発振周波数安定化装置では、半
導体レーザ１の発振周波数の温度などの影響による変動
を抑えるため、周波数弁別装置４の発振周波数を参照周
波数として、半導体レーザ１に負帰還制御を行なう。す
なわち、周波数弁別装置４からの光をフォトダイオード
等の受光素子５に入射させ、受光素子５からの信号を増
幅器５１により増幅し、位相シフタ１１によって変調用
発振回路６からの変調信号と位相を合わせて、ダブルバ
ランスドミキサ(ＤＢＭ)８に与える。ダブルバランスド
ミキサ８では、受光素子５からの信号を変調用発振回路
６からの変調信号(変調周波数)と乗算して復調し、フィ
ードバック回路９を介して半導体レーザ用ドライバ７に
与え、これにより、半導体レーザ１の注入電流を負帰還
制御する。これによって、半導体レーザ１の発振周波数
をフィードバック制御し、半導体レーザ１の発振周波数
を周波数弁別装置４の共振周波数(参照周波数)にロック
させ、半導体レーザ光源の発振周波数の安定化を図るこ
とができる。

【００１５】ところで、このような発振周波数安定化装
置では、光学系のアライメント調整は、具体的には、例
えば、次のようになされる。すなわち、図２に示すよう
に、コリメートレンズ２については、これをｘ方向とｙ
方向にそれぞれ移動し、コリメートレンズ２からの透過
光が最大となるようにする。また、光アイソレータ３に
ついては、これをｘ方向，ｙ方向，θ_x(ｘ軸を中心とす
る回転方向)、θ_y(ｙ軸を中心とする回転方向)の合計４
軸方向に移動し、光アイソレータからの透過光が最大と
なるように調整する。また、周波数弁別装置４について
は、これが例えばファブリペロー共振器であり、このフ
ァブリペロー共振器に、一対の平面ミラーが使用されて
いる場合には、各々のミラーをθ_x方向、θ_y方向に調整
することによって共振器から光が透過するように調整す
る。また、ファブリペロー共振器に曲面ミラーが使用し
たものである場合には、各々のミラーをｘ方向，ｙ方向
に調整することによって共振器から光が透過するように
調整する。このようにして、共振器から光が透過するよ
うに調整できれば、受光素子５を所定の位置に配置させ
(ｘ方向，ｙ方向に調整し)、これによって、光学系のア
ライメント調整を行なうことができる。

【００１６】また、フィードバック回路９などの電気回
路の調整は、例えば、光学系のアライメント調整を行な
うことによって(例えばファブリペロー共振器を調整し
たりすることによって)半導体レーザ１の発振周波数の
安定化条件等が変わるような場合に、半導体レーザ１の
発振周波数を安定化させるなどのために、電気回路(例
えばフィードバック回路９)の可変抵抗などを調整する
ことによってなされる。

【００１７】しかしながら、上述した仕方では、光学系
(半導体レーザ１，コリメートレンズ２，光アイソレー
タ３，周波数弁別装置４，受光素子５)のアライメント
(位置整列)調整を、大まかに行なうことはできても、こ
れらの調整を精度良く行なうことは難かしい。

【００１８】このような発振周波数安定化装置の光学系
のアライメント調整をさらに精度良く(精密に)行なわせ
るため、周波数弁別装置４を掃引する機構を設けること
ができる。具体的には、周波数弁別装置４がファブリペ
ロー共振器によって構成されている場合、ファブリペロ
ー共振器の一方のミラーを掃引する(他方のミラーに対
して遠ざけたり近づけたりする)ことによって、作業者
は、このときの受光素子５からの出力信号(電気信号)を
見ながら、光学系のアライメント調整を精度良く(精密
に)行なうことができる。しかしながら、周波数弁別装
置４を掃引するためには(上記のように、ファブリペロ
ー共振器の一方のミラーを前後に移動させるには)、ピ
エゾ素子のような圧電素子が必要となり、装置規模等が
大がかりなものになってしまう。

【００１９】本願の発明者は、装置規模等を大型化する
ことなく、光学系の調整を精度良く(精密に)行なわせる
ため、周波数弁別装置４を掃引するかわりに、半導体レ
ーザ１の発振周波数を掃引すれば良いことを案出した。

【００２０】このため、図１の発振周波数安定化装置に
は、さらに、半導体レーザ１の発振周波数を掃引するた
めの掃引回路１０と、ドライバ７にフィードバック回路
９からの信号を与えるのか掃引回路１０からの信号を与
えるのかを切替える切替手段(スイッチ手段)１０１とが
設けられている。

【００２１】この場合、切替手段１０１をフィードバッ
ク回路９側に設定すると、前述のように、光ヘテロダイ
ン法を利用して半導体レーザ１の発振周波数をフィード
バック制御し、これを安定させる動作がなされ、この状
態で、前述のように、光学系と電気回路の大まかな調整
を行なうことができる。

【００２２】また、この発振周波数安定化装置の光学系
(半導体レーザ１,コリメートレンズ２，光アイソレータ
３，周波数弁別装置４，受光素子５)のアライメント(位
置整列)等の精密な調整を行ないたいときには、切替手
段１０１を掃引回路１０側に設定する。このときには、
ドライバ７には、掃引回路１０からの信号が加わり、ド
ライバ７は、掃引回路１０からの信号に基づき、半導体
レーザ１の注入電流を掃引する。このときに、作業者
は、受光素子５からの出力信号(電気信号)を見ながら、
光学系のアライメント調整を精度良く(精密に)行なうこ
とができる。

【００２３】より具体的には、例えば切替手段１０１が
フィードバック回路９側に設定されている状態で(すな
わち、フィードバック回路９からの制御によって、ドラ
イバ７から半導体レーザ１にほぼ一定の直流の注入電流
が注入されている状態で)、作業者は、受光素子５から
の出力信号(電気信号)を見ながら、前述のような調整の
仕方で、光学系の大まかなアライメント調整、および、
フィードバック回路９などの電気回路の大まかな調整を
行なうことができる。例えば、周波数弁別装置４がファ
ブリペロー共振器である場合、ファブリペロー共振器の
大まかなアライメント調整を行なうことができる。しか
しながら、この大まかなアライメント調整では、共振器
のフィネスは大きくならない。そこで、精密な調整を行
ないたいときには、切替手段１０１を掃引回路１０側に
設定する。これにより、掃引回路１０からの信号がドラ
イバ７に加わることによって、半導体レーザの注入電流
が変化し、半導体レーザの発振周波数を掃引することが
できる。

【００２４】図３(ａ)乃至(ｃ)は本発明による光学系の
精密な調整の仕方を説明するための図である。例えば、
この発振周波数安定化装置の周波数弁別装置４がファブ
リペロー共振器によって構成されている場合、ファブリ
ペロー共振器の共振周波数は図３(ａ)のように無数のモ
ードが存在する。半導体レーザ１の注入電流に、変調用
発振回路６からの弱い高周波電流を重畳すると、発振周
波数は図３(ｂ)のようになる。ここで、掃引回路１０の
周波数帯域を、変調用発振回路６の周波数帯域よりも低
く設定すると、周波数軸上では図３(ｂ)の形の波形が左
右に動くことになる。ファブリペロー共振器は特定の周
波数(モード)を透過させるフィルタの役割を有すること
から、受光素子５の出力端に例えばオシロスコープのよ
うな測定器を接続するとき、その時間軸上では、図３
(ｃ)のような波形が観察される。従って、作業者は、こ
の測定器に表示される図３(ｃ)のような波形を見なが
ら、この波形の線幅を細くさせるように光学系の調整を
精密に行なうことができる。なお、この際、ダブルバラ
ンスドミキサ８からの出力信号に所定の制御信号が含ま
れるように、位相シフタ１１で受光素子５からの受光信
号の位相を調整することができる。

【００２５】このようにして、光学系の精密な調整が終
われば、切替手段１０１を制御回路側に設定することに
よって、半導体レーザの発振周波数安定化の動作が行な
われる。このように、図１の発振周波数安定化装置で
は、掃引回路１０と切替手段(例えばスイッチ)１０１と
を設けるだけで良く、装置規模等を大がかりなものとせ
ずとも、光学系のアライメント調整を、精度良く(精密
に)行なうことが可能となる。

【００２６】また、図１の構成例では、受光素子５とミ
キサ８との間に位相シフタ１１を設けているが、これの
かわりに、図４に示すように、変調用発振回路６とミキ
サ８との間に位相シフタ１１を設け、変調用発振回路６
からの変調信号を位相シフタ１１によって受光素子５か
らの信号と位相を合わせ、ミキサ８に与えるようにして
も良い。この場合には、ダブルバランスドミキサ８から
の出力信号に所定の制御信号が含まれるように、変調信
号の位相を調整することができる。

【００２７】また、図１，図４の構成例において、発振
周波数の安定化をより確実にするために、半導体レーザ
１の温度を調節するための温度調整手段(例えばペルチ
エ素子)がさらに設けられていても良い。

【００２８】また、図１，図４の構成例において、周波
数弁別装置４には、ファブリペロー共振器の他に、掃引
型ファブリペロー共振器，ファブリペローエタロン，原
子の吸収線材料などを用いることもできる。

【００２９】また、図１，図４の構成例では、フィード
バック制御に周波数弁別装置４の透過光を利用してお
り、これによって、受光系の部品点数が少なくでき、装
置の小型化を図ることができるという利点を有している
が、フィードバック制御に周波数弁別装置４からの反射
光を利用することもできる。

【００３０】図５はフィードバック制御に周波数弁別装
置４からの反射光を利用する発振周波数安定化装置の構
成例を示す図である。この発振周波数安定装置では、光
アイソレータ３からのレーザ光をハーフミラー４２を介
して周波数弁別装置４に入射させ、また、周波数弁別装
置４からの反射光をハーフミラー４２を介して受光素子
５に入射させるように構成されている。ここで、周波数
弁別装置４には、例えばファブリペローエタロンを用い
ることができる。

【００３１】図５のような構成の発振周波数安定化装置
においても、図１，図４の発振周波数安定化装置と同様
に、切替手段１０１をフィードバック回路９側に設定す
ると、周波数弁別装置４の発振周波数を参照周波数とし
て、半導体レーザ１の注入電流に負帰還制御を行なうこ
とができる。すなわち、周波数弁別装置４により反射さ
れた一部の光をハーフミラー４２によって受光素子５に
入射させ、受光素子５からの受光信号を、増幅器５１に
より増幅してダブルバランスドミキサ(ＤＢＭ)８に与
え、受光信号を変調用発振回路６からの変調信号(変調
周波数)で復調した後(同期検波した後)、これをフィー
ドバック回路９に与え、フィードバック回路９によって
ドライバ７を制御して、半導体レーザ１の発振周波数を
フィードバック制御することができる。

【００３２】このように、周波数弁別装置４からの反射
光を用いても発振周波数を制御でき、反射光を用いる場
合には、さらに図１，図４のような透過光を用いる場合
に比べて、より広い制御帯域を設定できるため、半導体
レーザ１の発振周波数をより狭窄化することができる。

【００３３】なお、図５の発振周波数安定化装置におい
ては、ハーフミラー４２を用いているが、ハーフミラー
４２のかわりに、図６のように、偏光ビームスプリッタ
４２ａとλ／４板４２ｂとを用いることもできる。この
場合には、偏光ビームスプリッタ４２ａからの偏光(例
えば紙面に垂直な直線偏光)をλ／４板４２ｂで円偏光
にして周波数弁別装置４に入射させ、また、周波数弁別
装置４からの反射光を再びλ／４板４２ｂにより紙面に
平行な直線偏光にして偏光ビームスプリッタ４２ａで反
射させて、受光素子５に入射させるので、これによっ
て、レーザ光を有効に利用でき、受光素子５から十分な
大きさの受光信号を出力させることができる。

【００３４】また、上述の発振周波数安定化装置におい
て、半導体レーザ１からのレーザ光を出力光として取出
すには、例えば以下のようにすれば良い。

【００３５】すなわち、例えば図６の構成において、図
７に示すように、半導体レーザ１の両端面１ａ，１ｂか
らはレーザ光が出射されるので、例えば、一方の端面１
ａからのレーザ光を発振周波数の安定のために用い、他
方の端面１ｂからのレーザ光をそのまま出力させ、これ
を安定化されたレーザ光として取り出し、利用すること
ができる。

【００３６】図８は本発明に係るレーザ装置の構成例を
示す図である。このレーザ装置では、図５あるいは図６
の発振周波数安定化装置において、周波数弁別装置４
が、周波数弁別機能の他に、さらに波長変換機能を備え
たものとして構成されている。すなわち、このレーザ装
置は、上述したような半導体レーザ１の発振周波数の安
定化を図り、半導体レーザ１から出射される発振周波数
の安定したレーザ光の波長を変換して出力する機能を有
している。このため、この周波数弁別装置４内には、波
長変換部(例えば非線形光学媒質)４５が設けられてい
る。

【００３７】図９は図８のレーザ装置の具体例を示す図
である。この例では、周波数弁別装置４は、２つのミラ
ー４４ａ，４４ｂによって画定されるファブリペロー共
振器４４と、ファブリペロー共振器４４内に配置されて
いる非線形光学媒質４５とにより構成されており、２つ
のミラー４４ａ，４４ｂによって画定されるファブリペ
ロー共振器４４自体が半導体レーザ１の発振周波数の安
定化を図る機能を有するとともに、この共振器４４に入
射するレーザ光を基本波とし、この基本波のスペクトル
を共振器４４により共振器４４内に蓄積させて、非線形
光学媒質４５によりこの基本波の波長を変換して(例え
ば高周波を発生させて)出射する波長変換機能をも有し
ている。このため、ファブリペロー共振器の２つのミラ
ー４４ａ，４４ｂには、基本波となる発振スペクトルに
対しては高反射のコーティングが施され、また、出力側
のミラー４４ｂには、波長変換波(例えば高調波)に対し
ては高透過となるコーティングが施されている。

【００３８】換言すれば、この周波数弁別装置４は、共
振器４４が半導体レーザ１からのレーザ光を基本波とす
る外部共振器として機能し、この内部に非線形光学媒体
４５が設けられて、全体として、外部共振器型ＳＨＧ素
子(第２高調波発生素子)として機能するようになってい
る。また、図９の例では、半導体レーザ１からのレーザ
光を外部共振器４４にカップリングさせるためのレンズ
４９が設けられている。

【００３９】このような構成のレーザ装置では、半導体
レーザ１から出射されたレーザ光は、光アイソレータ
３，ハーフミラー４２，レンズ４９を介して周波数弁別
装置４に基本波として入射する。周波数弁別装置４が図
９の例のようにファブリペロー共振器４４とファブリペ
ロー共振器４４内に配置された非線形光学媒質４５とに
より構成されている場合、半導体レーザ１からのレーザ
光がファブリペロー共振器４４に基本波として入射する
と、この基本波のスペクトルはファブリペロー共振器４
４内に蓄積される(基本波の光強度が共振によって高め
られて共振器の共振周波数(共振スペクトル)をもつ基本
波として蓄積される)。このようにファブリペロー共振
器４４内に蓄積されている基本波は、非線形光学媒質４
５によって波長変換され、非線形光学媒質４５からは例
えば高調波が発生する。この高調波は、ファブリペロー
共振器４４の他方のミラー４４ｂを透過して出射され
る。

【００４０】また、このファブリペロー共振器４４内に
蓄積されている基本波(共振器の共振周波数をもつ基本
波)は、例えば、一方のミラー４４ａから僅かに漏れ、
反射光としてハーフミラー４２に戻り、ハーフミラー４
２から受光素子５に入射する。この基本波の反射光を利
用して、前述の発振周波数安定化装置と同様に、半導体
レーザ１の発振周波数を安定化させることができる(半
導体レーザ１の発振周波数をファブリペロー共振器４４
内の基本波の共振周波数にロックすることができる)。
これによって、ファブリペロー共振器４４内に基本波を
効率良く入射させて蓄積し、高調波を効率良く発生させ
ることができる(高パワーの高調波を発生させることが
できる)。

【００４１】なお、図８，図９の例では、共振器４４
は、そのミラー４４ａ，４４ｂ間を基本波が直線状に往
復する所謂定在波型の共振器構造となっているが、共振
器４４としては、基本波を内部に蓄積し、共振器４４か
らの基本波の戻り光をハーフミラー４２を介して受光素
子５に入射させる機能を有するものであれば、任意の構
造をとることができる。例えば、リング型の共振器構造
でも良いし、共焦点型の共振器構造でも良い。また、非
線形光学媒質４５は、レーザ光の波長を高次の高調波
(２次，３次またはｎ次の高調波)に逓倍できるものであ
れば、任意のものを用いることができる。また、図８，
図９のレーザ装置は図５の発振周波数安定化装置と対応
したものとなっており、ハーフミラー４２が用いられて
いるが、ハーフミラー２１のかわりに、偏光ビームスプ
リッタ４２ａ，λ／４板４２ｂを用いることもできる。

【００４２】図１０は偏光ビームスプリッタ４２ａ，λ
／４板４２ｂを用いたレーザ装置の具体例を示す図であ
り、図６の発振周波数安定化装置と対応したものとなっ
ている。なお、この場合、非線形光学媒質４５を基本波
に対してλ／２板として機能させるため(基本波が非線
形光学媒質４５を往復するとき全波長板として機能させ
るため)、図１０のレーザ装置では、温度調節装置４７
により非線形光学媒質４５を温度コントロールしてい
る。すなわち、一般に、非線形光学媒質４５には複屈折
結晶が用いられることにより、非線形光学媒質４５に入
射した光の偏光(円偏光)状態を維持することができず、
非線形光学媒質４５によって光の偏光状態は楕円偏光に
なる。ところで、非線形光学結晶の屈折率は温度依存性
があるため、非線形光学結晶を最適な温度に設定するこ
とによって、結晶を所望の波長板として機能させること
が可能である。従って、基本波が非線形光学結晶を往復
するときに非線形光学結晶が全波長板として機能するよ
うな温度にこの非線形光学媒質４５の温度を設定すれ
ば、非線形光学媒質４５に入射するときの偏光状態を保
って(円偏光の状態にして)、基本波の反射光をλ／４板
４２ｂに戻すことができる。これにより、この基本波の
反射光は、λ／４板４２ｂ，偏光ビームスプリッタ４２
ａから受光素子５に入射する際、その光強度が差程減少
せず、従って、充分な光強度の基本波を用いて発振周波
数の安定化を信頼性良く行なうことができ、これによっ
て、基本波を共振器内に効率良く入射させて蓄積し、高
調波を効率良く発生することができる。

【００４３】このようなレーザ装置については、さらに
種々の変形が可能である。例えば、図１１あるいは図１
２の装置では、非線形光学媒質４５の両端面に、基本波
に対して高反射のコーティング膜４８ａ，４８ｂを施し
て、このコーティング膜４８ａ，４８ｂをファブリペロ
ー共振器のミラーとして機能させるようにしている。な
お、必要であれば、非線形光学媒質４５の両端面を曲面
形状に研磨することもできる。このように、非線形光学
媒質４５の両端面にミラーとしての機能をもたせること
により、共振器内部の光損失を小さくすることができ
て、基本波のパワーを高め、高調波の光出力をより一層
高めることができる。

【００４４】図９乃至図１２の構成例においても、図
５，図６の構成例と同様に、掃引回路１０と、切替手段
１０１とが設けられており、切替手段１０１をフィード
バック回路９側に設定すると、周波数弁別装置４の発振
周波数を参照周波数として、半導体レーザ１の注入電流
に負帰還制御を行なうことができる。すなわち、前述の
ように、光ヘテロダイン法を利用して半導体レーザ１の
発振周波数をフィードバック制御し、これを安定させる
動作がなされ、この状態で、前述のように、光学系と電
気回路の大まかな調整を行なうことができる。

【００４５】また、このレーザ装置の光学系(半導体レ
ーザ１,コリメートレンズ２，光アイソレータ３，周波
数弁別装置４(波長変換部４５をも含む)，受光素子５)
のアライメント(位置整列)等の精密な調整を行ないたい
ときには、切替手段１０１を掃引回路１０側に設定す
る。このときには、ドライバ７には、掃引回路１０から
の信号が加わり、ドライバ７は、掃引回路１０からの信
号に基づき、半導体レーザ１の注入電流を掃引する。こ
のときに、作業者は、受光素子５からの出力信号(電気
信号)を見ながら、光学系のアライメント調整を精度良
く(精密に)行なうことができる。

【００４６】なお、上記各構成例では、受光素子５から
の信号を増幅器５１で増幅しているが、増幅器５１は、
必ずしも必要とされず、場合に応じ、これを省略するこ
ともできる。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項３記載の発明によれば、半導体レーザと、該半導体
レーザを駆動する駆動手段と、半導体レーザからのレー
ザ光が入射し、該入射光を所定の共振周波数で共振させ
周波数を弁別する周波数弁別装置と、前記周波数弁別装
置からの光を受光して受光信号を生成する受光手段と、
受光信号を復調する復調手段と、復調した信号に基づ
き、前記駆動手段を制御し、前記半導体レーザの注入電
流をフィードバック制御するフィードバック制御手段と
を有し、前記復調手段とフィードバック制御手段とによ
って前記半導体レーザの注入電流をフィードバック制御
することにより、半導体レーザの発振周波数を安定化さ
せる発振周波数安定化装置であって、該発振周波数安定
化装置の光学系の調整のために、前記半導体レーザの注
入電流を掃引するための注入電流掃引手段がさらに設け
られ、注入電流を掃引して調整を行なうときには、前記
駆動手段には、フィードバック制御手段からの信号のか
わりに、前記注入電流掃引手段からの信号を与えるよう
になっているので、大規模な回路等を付加したりせず
に、発振周波数安定化装置の光学系のアライメント調整
を精度良く行なうことができる。

【００４８】また、請求項４乃至請求項６記載の発明に
よれば、半導体レーザと、該半導体レーザを駆動する駆
動手段と、半導体レーザからのレーザ光が入射し、該入
射光を所定の共振周波数で共振させ周波数を弁別する周
波数弁別装置と、前記周波数弁別装置からの光を受光し
て受光信号を生成する受光手段と、受光信号を復調する
復調手段と、復調した信号に基づき、前記駆動手段を制
御し、前記半導体レーザの注入電流をフィードバック制
御するフィードバック制御手段とを有し、前記復調手段
とフィードバック制御手段とによって前記半導体レーザ
の注入電流をフィードバック制御することにより、半導
体レーザの発振周波数を安定化させるようになってお
り、さらに、前記周波数弁別装置の内部には非線形光学
媒質が配置されており、該周波数弁別装置は、周波数弁
別機能とともに、該周波数弁別装置に入射する光を基本
波として、該基本波を非線形光学媒質により波長変換す
る波長変換機能をも有しているレーザ装置であって、該
レーザ装置の光学系の調整のために、前記半導体レーザ
の注入電流を掃引するための注入電流掃引手段がさらに
設けられ、注入電流を掃引して調整を行なうときには、
前記駆動手段には、フィードバック制御手段からの信号
のかわりに、前記注入電流掃引手段からの信号を与える
ようになっているので、大規模な回路等を付加したりせ
ずに、レーザ装置の光学系のアライメント調整を精度良
く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発振周波数安定化装置の構成例を
示す図である。

【図２】光学系のアライメントの調整例を説明するため
の図である。

【図３】本発明による光学系，回路の精密な調整の仕方
を説明するための図である。

【図４】図１の発振周波数安定化装置の変形例を示す図
である。

【図５】本発明に係る発振周波数安定化装置の他の構成
例を示す図である。

【図６】図１の発振周波数安定化装置の変形例を示す図
である。

【図７】半導体レーザからのレーザ光を出力光として取
り出す仕方を説明するための図である。

【図８】本発明に係るレーザ装置の構成例を示す図であ
る。

【図９】図８のレーザ装置の具体例を示す図である。

【図１０】図８，図９のレーザ装置の変形例を示す図で
ある。

【図１１】レーザ装置の変形例を示す図である。

【図１２】レーザ装置の変形例を示す図である。

【図１３】従来の発振周波数安定化装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１レーザ光源(半導体レーザ) ２コリメートレンズ３光アイソレータ４周波数弁別装置５受光素子６変調用発振回路７ドライバ８ダブルバランスドミキサ９フィードバック回路１０掃引回路１１位相シフタ２３，２４ミラー４２ハーフミラー４２ａ偏光ビームスプリッタ４２ｂ λ／４板４４ファブリペロー共振器４５非線形光学媒質４８ａ，４８ｂ高反射のコーティング膜５１増幅器９０波長変換部９１フィルタ回路９２制御回路１０１切替手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｓ 3/18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、該半導体レーザを駆動
する駆動手段と、半導体レーザからのレーザ光が入射
し、該入射光を所定の共振周波数で共振させ周波数を弁
別する周波数弁別装置と、前記周波数弁別装置からの光
を受光して受光信号を生成する受光手段と、受光信号を
復調する復調手段と、復調した信号に基づき、前記駆動
手段を制御し、前記半導体レーザの注入電流をフィード
バック制御するフィードバック制御手段とを有し、前記
復調手段とフィードバック制御手段とによって前記半導
体レーザの注入電流をフィードバック制御することによ
り、半導体レーザの発振周波数を安定化させる発振周波
数安定化装置であって、該発振周波数安定化装置の光学
系の調整のために、前記半導体レーザの注入電流を掃引
するための注入電流掃引手段がさらに設けられ、注入電
流を掃引して調整を行なうときには、前記駆動手段に
は、フィードバック制御手段からの信号のかわりに、前
記注入電流掃引手段からの信号を与えるようになってい
ることを特徴とする発振周波数安定化装置。
【請求項２】請求項１記載の発振周波数安定化装置に
おいて、前記周波数弁別装置には、ファブリペローエタ
ロンまたは原子の吸収線材料が用いられることを特徴と
する発振周波数安定化装置。
【請求項３】請求項１記載の発振周波数安定化装置に
おいて、前記周波数弁別装置には、ファブリペロー共振
器が用いられることを特徴とする発振周波数安定化装
置。
【請求項４】半導体レーザと、該半導体レーザを駆動
する駆動手段と、半導体レーザからのレーザ光が入射
し、該入射光を所定の共振周波数で共振させ周波数を弁
別する周波数弁別装置と、前記周波数弁別装置からの光
を受光して受光信号を生成する受光手段と、受光信号を
復調する復調手段と、復調した信号に基づき、前記駆動
手段を制御し、前記半導体レーザの注入電流をフィード
バック制御するフィードバック制御手段とを有し、前記
復調手段とフィードバック制御手段とによって前記半導
体レーザの注入電流をフィードバック制御することによ
り、半導体レーザの発振周波数を安定化させるようにな
っており、さらに、前記周波数弁別装置の内部には非線
形光学媒質が配置されており、該周波数弁別装置は、周
波数弁別機能とともに、該周波数弁別装置に入射する光
を基本波として、該基本波を非線形光学媒質により波長
変換する波長変換機能をも有しているレーザ装置であっ
て、該レーザ装置の光学系の調整のために、前記半導体
レーザの注入電流を掃引するための注入電流掃引手段が
さらに設けられ、注入電流を掃引して調整を行なうとき
には、前記駆動手段には、フィードバック制御手段から
の信号のかわりに、前記注入電流掃引手段からの信号を
与えるようになっていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】請求項４記載のレーザ装置において、前
記周波数弁別装置は、２つのミラーによって構成された
ファブリペロー共振器を備え、ファブリペロー共振器を
構成する２つのミラー間に非線形光学媒質が配置された
構成となっていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】請求項４記載のレーザ装置において、前
記周波数弁別装置は、非線形光学媒質の両端面に半導体
レーザの発振波長に対して高反射コーティングを施した
構成のものとなっていることを特徴とするレーザ装置。