JPH10256636A - Ｙａｇ・ｓｈｇレーザの実用的な周波数安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＹＡＧ・ＳＨＧレーザを低精度ではあるが発振
周波数を実用的な安定度で安定化する。 【構成】本周波数安定化レーザは発振波長の変化が可能
なＹＡＧ・ＳＨＧレーザと光音響素子（ＡＯＭ）と、よ
う素吸収セルで構成され、該吸収セルを通過した該ＡＯ
Ｍの異なる回折次数の光の強度の差あるいは比が、よう
素分子の吸収波長において一定となるごとく前記レーザ
の発振波長の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】無変調でしかも工場での実用に耐えられる
簡便さならびに精度をもつ、いわゆるＹＡＧ・ＳＨＧ固
体周波数安定化レーザに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＹＡＧ・ＳＨＧレーザの波長５３２．５
３１ｎｍ付近のよう素分子Ｉ_２の吸収スペクトルの数は
極めて多く、ドップラー拡がりを持つものも多いと共に
その吸収スペクトルの中には非常に多くの細いドップラ
ーフリーのスペクトルが存在することはよく知られてお
り、特にドップラーフリースペクトルを用い極めて高精
度、高確度を有する安定化レーザは数多く報告されてい
る。

【０００３】またよう素のドップラー吸収（ドップラー
拡がりのまゝ取扱う法）のまゝ用い吸収のピークで周波
数安定化を行うものや、また吸収のスロープで安定化を
行うものがあるが、いずれも光の周波数等に変調を加え
ている。この変調は実用時に不便を招く。またＳＨＧの
出力光と入力光の２波長をよう素のセルを内在したコモ
ンパスの干渉計に入射し、よう素の分散を利用して高精
度の安定化を行う法も発表されているが、この場合、干
渉計の窓及びよう素セルの窓は干渉計を形成するだけの
面精度を要しこのことは装置の高価格化を招く。

【０００４】

【発明の解決しようとする課題】本発明は高精度ではな
いが、工場で実用に耐え得る程度に簡易でレーザ発振器
本体以外では価格上昇につながる高精度の部品を使用し
ない、しかも無変調の可視レーザ光を出す固体レーザを
提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ＹＡＧ・ＳＨＧレーザの
発振周波数の近傍にはよう素分子の線形吸収スペクトル
が数多く存在する。従ってこの吸収スペクトルを利用す
ればスペクトルのドップラー拡がりに対し、数十から数
百分の１程度の範囲の周波数の安定化が可能である。し
かしよう素分子の吸収強度はよう素セルの温度等により
変化するので吸収スペクトルのピークを正確に把握する
か吸収線のスロープを利用するにしてピークの値を正確
に知る必要がある。

【０００６】光の周波数に変調を加えることなしに、こ
のことを行うには、一定の周波数の進行音波を有する媒
質つまり光音響素子の２つの回折光例えば０次と１次の
回折光は互いに一定の周波数だけ異なる。この周波数の
異なる光の強度が等しくなるような設定を行い、よう素
セルを通過せしめた上でレーザの発振周波数の走引を行
うと０次光の画く吸収スペクトルと１次光の画く吸収ス
ペクトルは光音響素子の周波数だけシフトすることにな
る。

【０００７】従って該２つの光強度の差を求めるとスペ
クトルの１次微分曲線が得られ、１次微分曲線の中点で
強度の差の値が０になる点で走引が静止するようにすれ
ば吸収スペクトルのピークにレーザの発振周波数を固定
することができる。

【０００８】なお、前記２つの光の強度は必ずしもひと
しくする必要はなく、固定点が１次微分曲線の極大値と
極小値の間であるという条件を満足していれば、該両極
値の中点でなくてもよい。また、差の代わりに比を求め
てもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】ＹＡＧ・ＳＨＧの出すレーザ光を
一定の周波数で駆動された光音響素子に入射し、０次お
よび１次回折光をよう素セルを通過させたのち、２個の
検知器で検知する。０次回折光と１次回折光の強度の割
合いは光音響素子の励起電力等を変化させて制御する。

【００１０】２個の検知器の出力は増幅された後に差あ
るいは比が求められ、この差あるいは比が一定の値にな
るようレーザ光の周波数が制御される。レーザ光の周波
数の制御はＹＡＧやＳＨＧの温度や共振器長を制御して
行うことができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明のを実施例である。ＹＡＧレー
ザ２は半導体レーザＬＤ１で励起されて１．０６μｍの
波長のレーザ光を出しＳＨＧ３はその半分の波長５３２
ｎｍのレーザ光を出すこのレーザ光はビーム分割器４に
より利用レーザ光５０と制御用レーザ光５１に分割され
る。制御用レーザ光は光音響素子５により周波数の異な
る２つの光５２．５３に分離される。周波数の異なる２
つの光はよう素吸収セル７を通過する。この際、例えば
ＳＨＧの温度を温度変化素子１２で変化させ、レーザの
波長を変化させるとレーザ光の波長はよう素の吸収線を
通過して吸収セルを出た光５４．５５は互いにシフトし
た吸収プロファイルを画く。（図２）

【００１２】この光強度を検知器８．９で電気信号に変
え、その電圧の差を差動増幅器１０で求めると、光５
２．５３の周波数の差が小さい場合、差の電圧は図３の
ごとくよう素の吸収曲線を１次微分した曲線になる。こ
の曲線のＨ点Ｌ点は吸収曲線の変極点に対応している
が、中心点Ｃは吸収曲線の極大値にＡＯＭ（光音響変調
素子）の変調周波数の半分だけ異なる点になっている。

【００１３】そこで差動増幅器１０の出力電圧が常に正
確に零になるごとく温度変化素子、あるいは他のパラメ
ータ（例えばＹＡＧ・ＳＨＧで形成される共振器長）を
制御すれば、常に吸収の極大値の近傍にレーザの発振波
長（周波数）を固定することができる。

【００１４】また図３におけるＨ−Ｌ間の曲線上であれ
ば固定点は必ずしも中心点Ｃである必要はない。

【００１５】次に、この吸収曲線の形はＡＯＭの出力光
５２．５３の強度比が変化すると、それによって変化す
る。またＡＯＭの出力というものは決して安定なもので
はない。従って、ＡＯＭの出力光の比を常に一定に保つ
ことが極めて重要となる。

【００１６】そこで出力光５２．５３を検知器１３．１
４で検知し、その差が一定になるようＡＯＭの音波の振
幅を制御する必要がある。本実施例においてはＡＯＭの
駆動電圧を制御して２つの光の強度比が一定になるよう
にしている。

【００１７】以上の実施例ではいくつかの光の強度差を
一定にするよう形で記したがこれを強度比に置き換えて
もよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によりドップラーフリーの安定化
レーザのごとく高精度ではなく、また周波数変調を行っ
て吸収の微分波形を求める形式に対して精度は劣るが、
前者に比してははるかに小規模で、後者に比してもはる
かに信号処理回路が簡単であり、しかも一切デリケート
な構成部分が存在しないという点で現場向けの実用的な
ＹＡＧ・ＳＨＧの周波数安定化レーザが得られることに
なる。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例である。

【図２】本発明の原理を示す吸収曲線に関する説明図で
ある。

【図３】本発明の原理となる吸収曲線の疑似微分曲線で
ある。

【符号の説明】

１． 励起半導体レーザ［ＬＤ］ ２． ＹＡＧに代表されるＮｄイオン
レーザ ３． 第２次高調波発生結晶 ４．６． ビーム分割器 ５． 光音響素子 ７． よう素吸収セル ８．９．１３．１４ 光検知器 １０．１５． 差動増幅器 １１．１６． 電力増幅器 １２． 温度制御素子 １７． トランスデューサ １８． 光音響素子励起装置 ５０． 利用レーザ光 ５１． 制御用レーザ光 ５２．５３． 周波数（波長）がシフトされた
レーザ光 ５４．５５． 周波数がシフトされたレーザ光
が吸収を受けた光 ａｂｓ 吸収度 λ 波長 Ｈ． 近似微分曲線の極大点 Ｌ． 近似微分曲線の極小点 Ｃ． 近似微分曲線の中点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザでＮｄを含む結晶（色々な結
   晶があるが以下ＹＡＧと称す）を照射Ｎｄイオンの放出
   する赤外レーザをＳＨＧ（セカンドハーモニク発生物
   質）に照射して得られる可視レーザ光の一部を分岐して
   得られる一部の光か、あるいは全部の光を光音響素子に
   入射し、該光音響素子の射出光のうち異なる次数の回折
   光として第１の光と第２の光の２つを選び、該２つの次
   数の異なる回折光をよう素（Ｉ_２）を封入した吸収セル
   を通過させると共に、前記レーザの構成素子の温度ある
   いは共振器長、あるいは両者を変化させて発振周波数の
   走引を行い前記よう素セルの１つ吸収線が前記第１の光
   に対して示す吸収線の周波数と第２の光に対して示す吸
   収の差で生じる変曲点の周波数の間の周波数を選び、該
   周波数における前記第１の光と第２の光に対応した量の
   差あるいは比が一定になるごとく前記走引の手段となる
   量の制御を行うことを特徴とする周波数安定化可視固体
   レーザ