JPH11119271A - 第２高調波発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の変動要因によらず、出力安定化を確実
に実現した第２高調波発生装置を得る。 【解決手段】 基本レーザ光Ｌを出射する基本光レーザ
１と、ミラー５〜８、第２高調波発生レーザ１０を含
み、基本レーザ光を共振レーザ光Ｌａとして第２高調波
Ｌｂを発生する外部共振器と、基本レーザ光と共振レー
ザ光との位相差を誤差信号ΔＰ１、ΔＰ２、ＤＩＦ、Ｓ
ＤＦとして検出し、誤差信号に基づいてミラー６を駆動
するフィードバック回路とを備え、ミラーの駆動により
外部共振器の共振状態を持続するように構成され、フィ
ードバック回路は、外部共振器内のミラーを駆動する駆
動手段１２と、位相差に応じた誤差信号を生成する手段
１３〜１７、２０と、誤差信号ＤＩＦを積分する積分器
２１と、積分信号ＳＤＦに基づいて駆動手段に対する駆
動信号Ｄを出力する制御手段２３Ａとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低出力の基本レ
ーザ光を共振させて安定な第２高調波を出力する第２高
調波発生装置に関し、特に種々の変化要因によらず常に
高精度な出力安定化を実現した第２高調波発生装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の第２高調波発生装置を概略
的に示す構成図であり、低出力のレーザ光から第２高調
波を効果的に発生させる装置を示している。図９におい
て、１は基本レーザ光Ｌを発生する基本光発生レーザ、
２は基本レーザ光Ｌの出射光路中に配置されたコリメー
タ、３はコリメータ２を通過した基本レーザ光Ｌを外部
共振器を構成する光学系（後述する）に導入するための
プリズムである。

【０００３】５はプリズム４を通過した基本レーザ光Ｌ
を反射および通過させるハーフミラー、６はハーフミラ
ー５を通過した共振レーザ光Ｌａを反射させるミラー、
７はミラー６で反射された共振レーザ光Ｌａを反射させ
るミラー、８はミラー７で反射された共振レーザ光Ｌａ
を反射および通過させるハーフミラーである。

【０００４】ハーフミラー８で反射された共振レーザ光
Ｌａは、さらに、ハーフミラー５の反射面に向けられて
おり、各ミラー５〜８は、共振レーザ光Ｌａをリング状
に巡回させる外部共振器を構成している。また、ハーフ
ミラー８は、第２高調波Ｌｂを通過させて出射してお
り、外部共振器の出力部を構成している。

【０００５】９はミラー７で反射された共振レーザ光Ｌ
ａの光路中に配置されたレンズ、１０はレンズ９を通過
した共振レーザ光Ｌａから第２高調波Ｌｂを発生する第
２高調波発生レーザ、１１は第２高調波発生レーザ１０
を介した共振レーザ光Ｌａの出射光路中に配置されたレ
ンズである。

【０００６】ミラー７で反射された共振レーザ光Ｌａ
は、レンズ９、第２高調波発生レーザ１０およびレンズ
１１を介してハーフミラー８に入射される。ハーフミラ
ー８を通過して出射される第２高調波Ｌｂは、要求に応
じて任意に適用され得る。

【０００７】１２はミラー６の背面に設けられたピエゾ
素子であり、外部共振器としての共振状態を持続するよ
うにミラー６を駆動する。１６はハーフミラー５の反射
光路中に配置された光検出器であり、ハーフミラー５で
の基本レーザ光Ｌの反射光および共振レーザ光Ｌａの漏
光からなる反射レーザ光Ｌｃに基づいて、基本レーザ光
Ｌと外部共振器内の共振レーザ光Ｌａとの位相差δに対
応した誤差信号ΔＰ（電圧信号）を出力する。

【０００８】２３はピエゾ素子１２をフィードバック制
御するピエゾコントローラであり、光検出器１６からの
誤差信号ΔＰに基づいて位相差δを検出し、位相差δを
除去するための駆動信号Ｄをピエゾ素子１２に出力す
る。ピエゾコントローラ２３は、ピエゾ素子１２および
光検出器１６とともに、外部共振器の共振状態を持続す
るためのフィードバック回路を構成している。

【０００９】図１０は位相差δと誤差信号ΔＰ［Ｖ］と
の関係を示す特性図であり、図１０において、δｏは誤
差信号ΔＰが極小値および極大値を示す位相差である。
図１０から明らかなように、誤差信号ΔＰは、位相差δ
が０±δｏの範囲内ではリニアに変化する。

【００１０】従来の第２高調波発生装置は、図９のよう
に、基本レーザ光Ｌの出射側に複数の対向ミラー５〜８
からなるリング状の外部共振器を配設し、且つ外部共振
器中に第２高調波発生レーザ１０を挿入することによ
り、共振レーザ光Ｌａを共振させて共振レーザ光Ｌａの
強度を増強させ、低出力の基本レーザ光Ｌから第２高調
波Ｌｂを効果的に発生させている。

【００１１】このとき、第２高調波Ｌｂの出力を安定化
するためには、共振レーザ光Ｌａの共振状態を常に持続
させる必要があるので、光検出器１６は、反射レーザ光
Ｌｃを受光し、基本レーザ光Ｌと共振レーザ光Ｌａとの
位相差δを誤差信号ΔＰにより検出してピエゾコントロ
ーラ２３に入力する。

【００１２】誤差検出装置となるピエゾコントローラ２
３は、基本レーザ光Ｌおよび共振レーザ光Ｌａの位相差
δをフィードバック制御するために、ピエゾ素子１２に
対する駆動信号Ｄ（電気信号）を出力する。駆動信号Ｄ
は、外部共振器中のミラー６と一体のピエゾ素子１２を
変位させ、誤差信号ΔＰを相殺して共振状態を持続する
ようにミラー６を駆動する。

【００１３】ここで、誤差信号ΔＰを取得するための具
体的な方法について説明する。誤差信号ΔＰの取得方法
としては、たとえば、以下の２つの方法がある。すなわ
ち、第１の方法は、基本レーザ光Ｌの発振波長に微小な
周波数変調をかけておき、外部共振器のミラー５からの
反射レーザ光Ｌｃでの変調信号の位相ずれを誤差信号Δ
Ｐとして検出する方法である。

【００１４】また、第２の方法は、ミラー５からの反射
レーザ光Ｌｃが、共振状態では直線偏光、非共振状態で
は楕円偏光になることを利用して、ミラー５からの反射
レーザ光Ｌｃの偏光状態をモニタして誤差信号ΔＰを得
る方法である。上記方法のいずれにおいても、図１０に
示す誤差信号ΔＰが用いられる。

【００１５】図１０のように、誤差信号ΔＰは、共振状
態では０［Ｖ］を示し、共振状態からの位相差δの方向
によって極性が反転する。したがって、誤差信号ΔＰを
用いることにより、位相差δの絶対値のみならず、位相
ずれ方向の情報をも取得することができる。

【００１６】このとき、基本レーザ光Ｌの波長と外部共
振器の共振波長との位相差δが、誤差信号ΔＰの極大値
および極小値（±δｏ）の間で収まっている場合には、
追従制御が可能である。したがって、基本レーザ光Ｌの
波長が安定状態にあり、且つ、熱ひずみなどに起因する
レーザ共振器の光路長変動が十分に小さければ、一定の
波長で安定した第２高調波Ｌｂを出力することができ
る。

【００１７】このように、基本光レーザ１の外部に第２
高調波発生レーザ１０を含む共振器を配設することによ
り、共振レーザ光Ｌａの強度を飛躍的に増強して効果的
に第２高調波Ｌｂを発生させることができる。

【００１８】また、基本レーザ光Ｌと共振レーザ光Ｌｂ
との位相差δを誤差信号ΔＰとして検出し、誤差信号Δ
Ｐをフィードバック信号として外部共振器内のミラー６
を微小移動させるこトにより、外部共振器の共振状態を
持続させることができる。

【００１９】しかしながら、従来の第２高調波発生装置
においては、第２高調波Ｌｂの安定化のために、光検出
器１６からの誤差信号ΔＰを、共振器内のミラー６の駆
動制御用として直接フィードバックしているので、以下
の問題が生じる。

【００２０】すなわち、基本レーザ光Ｌの波長変動や外
部共振器の光路長変動が生じた場合、または、基本レー
ザ光Ｌの波長を掃引して変化させる場合に位相差δが図
１０内の±δｏの範囲を越えた場合には、第２高調波Ｌ
ｂの出力変動を起こしてしまうことになる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来の第２高調波発生
装置は以上のように、光検出器１６からの誤差信号ΔＰ
をミラー６の駆動制御のために直接フィードバックして
いるので、基本レーザ光Ｌの波長変動や外部共振器の光
路長変動に対応することができないうえ、位相差δが±
δｏ（図１０参照）の範囲を越えた場合には、第２高調
波Ｌｂの出力変動を抑制することができないという問題
点があった。

【００２２】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、種々の変動要因によらず、出力
安定化を確実に実現することのできる第２高調波発生装
置を得ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る第２高調波発生装置は、基本レーザ光を出射する基本
光レーザと、複数のミラーおよび第２高調波発生レーザ
を含み、基本レーザ光を共振レーザ光として第２高調波
を発生する外部共振器と、基本レーザ光と共振レーザ光
との位相差を誤差信号として検出し、誤差信号に基づい
て複数のミラーの少なくとも１つを駆動するフィードバ
ック回路とを備え、ミラーの駆動により外部共振器の共
振状態を持続するように構成された第２高調波発生装置
において、フィードバック回路は、外部共振器内のミラ
ーを駆動する駆動手段と、位相差に応じた誤差信号を生
成する誤差信号生成手段と、誤差信号を積分する積分器
と、積分器から出力される積分信号に基づいて駆動手段
に対する駆動信号を出力する制御手段とを含むものであ
る。

【００２４】また、この発明の請求項２に係る第２高調
波発生装置は、請求項１において、基本レーザ光の波長
を掃引するためのスイープ信号を生成する波形発生器を
備え、制御手段は、スイープ信号の波形をオフセット信
号として駆動信号に加えるものである。

【００２５】また、この発明の請求項３に係る第２高調
波発生装置は、請求項１または請求項２において、誤差
信号生成手段は、外部共振器で反射された基本レーザ光
の反射レーザ光を分割するモニタ用光学系と、分割され
た反射レーザ光を個別に受光する光検出器と、各光検出
器の出力信号を差動増幅する差動アンプとを含み、差動
アンプから出力される差動信号を誤差信号として積分器
に入力するものである。

【００２６】また、この発明の請求項４に係る第２高調
波発生装置は、請求項３において、モニタ用光学系は、
λ／４板および偏光ビームスプリッタを含むものであ
る。

【００２７】また、この発明の請求項５に係る第２高調
波発生装置は、請求項１から請求項４までのいずれかに
おいて、積分器は、一定のサンプリング時間毎の誤差信
号に対応して積分信号を生成するものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１を概略的
に示す構成図であり、図１において、１〜１２、１６、
Ｄ、ＬおよびＬａ〜Ｌｃは前述（図９参照）と同様のも
のである。また、２３Ａは前述のピエゾコントローラ２
３に対応しており、ΔＰ１およびΔＰ２は前述の誤差信
号ΔＰに対応している。

【００２９】１３はミラー５からの反射レーザ光Ｌｃの
光路中に配置されたフィルタ、１４はフィルタ１３を介
した反射レーザ光Ｌｃの光路中に配置されたλ／４板、
１５はλ／４板１４を介した反射レーザ光Ｌｃの光路中
に配置された偏光ビームスプリッタであり、これらは共
振状態モニタ用の光学系を構成している。

【００３０】１７は偏光ビームスプリッタ１５で分割さ
れた反射レーザ光Ｌｃのうちの反射光を受光する光検出
器である。偏光ビームスプリッタ１５で分割された反射
レーザ光Ｌｃのうちの透過光は、前述の光検出器１６に
受光される。

【００３１】１８は基本レーザ光Ｌの波長をスキャン掃
引するためのスイープ信号ＳＷ（電圧波形）を生成する
波形発生器である。１９はスイープ信号ＳＷを増幅する
ＤＣアンプであり、ＤＣアンプ１９から出力される増幅
電圧ＳＵＭは、ピエゾコントローラ２３Ａに入力され
る。

【００３２】２０は位相差δの誤差信号として差動信号
ＤＩＦを出力する差動アンプ、２１は差動信号ＤＩＦを
積分する積分器であり、これらは、ピエゾ素子１２およ
びピエゾコントローラ２３Ａとともに、外部共振器に対
するフィードバック回路を構成している。

【００３３】差動アンプ２０は、光検出器１６からの誤
差信号ΔＰ１を非反転入力端子（＋）から取り込み、光
検出器１７からの誤差信号ΔＰ２を反転入力端子（−）
を取り込み、差動信号ＤＩＦ（＝ΔＰ１−ΔＰ２）を出
力する。

【００３４】積分器２１は、差動信号ＤＩＦの積分信号
ＳＤＦをピエゾコントローラ２３Ａに入力する。ピエゾ
コントローラ２３Ａは、積分信号ＳＤＦおよび増幅信号
ＳＵＭに基づいて，ピエゾ素子１２に対する駆動信号Ｄ
を出力する。

【００３５】この場合、基本光発生レーザ１としては、
たとえば、半導体レーザが用いられており、出射される
基本レーザ光Ｌは、波長が８７５ｎｍ、出力が８０ｍＷ
であり、単一縦モードで発振が可能であるものとする。

【００３６】また、外部共振器中の第２高調波発生レー
ザ１０は、第２高調波発生素子として、ＫＮｂＯ₃の結
晶が用いられており、波長８７５ｎｍにおいて位相整合
できるように、温度調整可能なヒータ中で一定温度に制
御されている。第２高調波Ｌｂは、たとえば、波長が４
３７ｎｍ、出力が約２Ｗである。

【００３７】また、外部共振器の共振状態は、反射レー
ザ光Ｌｃの偏光状態を利用してモニタされる。このモニ
タ方法は、外部共振器のミラー５での基本レーザ光Ｌの
反射光と漏れだし光との重畳光からなる反射レーザ光Ｌ
ｃが、外部共振器が共振状態のときには直線偏光とな
り、非共振状態のときには楕円偏光となる現象を用いた
ものである。

【００３８】図２は位相差δと誤差信号すなわち差動信
号ＤＩＦ［Ｖ］との関係を示す特性図である。図３は積
分信号ＳＤＦの時間変化を示す説明図であり、増幅係数
ａとしてサンプリング時間ｄｔ毎に差動信号ＤＩＦを積
分した場合を示している。

【００３９】図４〜図６はこの発明の実施の形態１によ
るフィードバック制御動作を示す説明図である。図４
（ａ）はスイープ信号ＳＷの時間変化を示す説明図であ
り、図４（ｂ）はスイープ信号ＳＷに基づく基本レーザ
光Ｌの波長λｏの時間変化を示す説明図である。

【００４０】図５は極性を反転したスイープ信号ＳＷ′
を示す説明図、図６（ａ）は仮にスイープ信号ＳＷ′を
用いない場合の誤差信号の積分信号ＳＤＦの変化を示す
説明図、図６（ｂ）はスイープ信号ＳＷ′による制御を
追加した場合の積分信号ＳＤＦ′（駆動信号Ｄに相当）
の変化を示す説明図である。

【００４１】図７（ａ）は位相差に対するレーザ（第２
高調波Ｌｂ）出力信号［Ｖ］の変化を示す波形図であ
り、第２高調波Ｌｂの波長λを青色光（４３７ｎｍ）と
した場合の出力変化を示している。図７（ｂ）は誤差信
号に相当するフィードバック用の波長制御信号［Ｖ］を
図７（ａ）に対応させて示す波形図である。

【００４２】図８はこの発明の実施の形態１によるレー
ザ出力信号、レーザ波長の掃引状況およびスイープ信号
波形の時間変化を示す波形図である。図８（ａ）は第２
高調波Ｌｂのレーザ出力が２．０ｍＷの場合の波形図、
図８（ｂ）はスペクトル間隔２ＧＨｚのスペクトルアナ
ライザ（エタロンと称される干渉計）で測定した場合の
波長掃引状況を示す波形図、図８（ｃ）は図８（ｂ）の
波長掃引時のスイープ信号ＳＷを示す波形図である。

【００４３】次に、図２〜図８を参照しながら、図１に
示したこの発明の実施の形態１の動作について説明す
る。図１において、基本レーザ光Ｌの大きな波長ドリフ
ト時、または基本レーザ光Ｌの波長掃引時での出力安定
化を実現するために、誤差信号発生装置（差動アンプ２
０）とミラー駆動装置（ピエゾコントローラ２３Ａ）と
の間に電圧波形積分器（積分器２１）を挿入することに
より、誤差信号の積分信号ＳＤＦをフィードバックさせ
る。

【００４４】すなわち、差動アンプ２０は、光検出器１
６および１７から得られた誤差信号ΔＰ１およびΔＰ２
を差動信号ＤＩＦとし、積分器２１は、差動信号ＤＩＦ
を積分信号ＳＤＦとした後、ピエゾコントローラ２３Ａ
に入力する。また、ＤＣアンプ１９は、基本レーザ光Ｌ
のスイープ波形を示すスイープ信号ＳＷを増幅して増幅
信号ＳＵＭとし、ピエゾコントローラ２３Ａに入力す
る。

【００４５】これにより、ピエゾコントローラ２３Ａ
は、駆動信号Ｄを出力してピエゾ素子１２をフィードバ
ック駆動し、外部共振器を構成するミラー６を制御す
る。このとき、積分信号ＳＤＦの電圧極性とピエゾ素子
１２を動かすべき方向とが一致するように、誤差信号Δ
Ｐ１およびΔＰ２の極性方向が決定されている。

【００４６】また、波形発生器１８は、基本レーザ光Ｌ
および第２高調波Ｌｂの波長を掃引させるノコギリ型の
電圧波形からなるスイープ信号ＳＷを生成し、半導体レ
ーザからなる基本光レーザ１は、スイープ信号ＳＷの波
形を用いてレーザ電流をわずかに変化させる。

【００４７】これにより、基本レーザ光Ｌおよび第２高
調波Ｌｂの波長は、数１０ＧＨｚ程度の光周波数（波長
の逆数）で掃引される。一方、波長掃引用のスイープ信
号ＳＷは、ＤＣアンプ１９を介してピエゾコントローラ
２３Ａに入力され、誤差信号の積分信号ＳＤＦに逆極性
で加算されることにより、ピエゾ素子１２のフィードバ
ックに寄与する。

【００４８】差動信号ＤＩＦからなる誤差信号（図２参
照）は、積分器２１において、増幅係数ａにより、サン
プリング時間ｄｔ毎に積分され、以下の（１）式のよう
に、積分信号ＳＤＦに変換される。

【００４９】 ＳＤＦ［Ｖ］＝ａ∫ＤＩＦ［Ｖ］ｄｔ …（１）

【００５０】（１）式において、積分信号ＳＤＦ［Ｖ］
は、ピエゾ素子１２にフィードバックをかける電圧の大
きさ、すなわち誤差信号として現れる電圧の大きさであ
る。また、増幅係数ａは、積分信号ＳＤＦの大きさと、
ビエゾ素子１２の移動量の大きさおよび方向とを適合さ
せるための係数である。

【００５１】ここで、レーザ波長の掃引は、前述と同様
に、一定方向に変化させるものとする。図２において、
サンプリング時間ｄｔ毎に生じる位相差をδ（ｄｔ）と
すると、差動アンプ２０は、位相差δ（ｄｔ）に対応し
た差動信号ＤＩＦ（ｄｔ）を誤差信号として発生する。

【００５２】したがって、図３のように、積分器２１
は、サンプリング時間ｄｔ毎に、誤差信号ＤＩＦ（ｄ
ｔ）に増幅係数ａを乗算した信号量ａＤＩＦ（ｄｔ）、
２ａＤＩＦ（ｄｔ）、…を積分信号ＳＤＦとして順次出
力する。

【００５３】このとき、積分信号ＳＤＦの信号量ａＤＩ
Ｆ（ｄｔ）、２ａＤＩＦ（ｄｔ）、…は、位相差δ（ｄ
ｔ）の補償量にほぼ相当する大きさでミラー６を動かす
だけの信号レベルに調整されている。

【００５４】最初のサンプリング時間ｄｔにおいては、
積分信号ａＤＩＦ（ｄｔ）により、位相差δ（ｄｔ）が
ゼロになるように、外部共振器に対するフィードバック
制御が行われる。

【００５５】同様に、次のサンプリング時間間隔ｄｔが
経過すれば、差動アンプ２０から位相差δ（ｄｔ）に基
づく誤差信号ＤＩＦ（ｄｔ）が発生するので、積分器２
１は、フィードバック用の積分信号ＳＤＦとして、信号
量２ａｖ（ｄｔ）を出力する。

【００５６】このように、サンプリング時間ｄｔ毎の差
動信号ＤＩＦ（ｄｔ）の積分を繰り返すことにより、波
長掃引時においては、一定方向にフィードバック信号が
変化するような積分信号ＳＤＦを得ることができる。

【００５７】なお、レーザ出力を安定化するために、積
分用のサンプリング時間ｄｔは、レーザ波長の掃引およ
び変動により位相差δが発生する時間に比べて、十分に
短い時間に設定されているものとする。

【００５８】また、ここでは、基本レーザ光Ｌの波長掃
引用に基本光レーザ１（半導体レーザ）のレーザ電流を
微小変化させているが、ピエゾコントローラ２３Ａにお
いて、積分信号ＳＤＦにスイープ信号ＳＷを重畳させた
駆動信号Ｄによりピエゾ素子１２をフィードバック制御
しているので、波長掃引時の出力安定化を実現してい
る。

【００５９】たとえば、基本光レーザ１（半導体レー
ザ）のレーザ電流を大きく設定すると、レーザ波長が長
くなる方向に変化するので、外部共振器の共振を持続さ
せるためには、レーザ波長の長方向変化にともなって外
部共振器中の光路長を延長方向に変化させる必要があ
る。

【００６０】ここで、ピエゾ素子１２とともに駆動され
るミラー６の変位と、外部共振器の光路長の変化は、以
下の関係にある。すなわち、ピエゾ素子１２に対する印
加電圧が大きくなれば、ピエゾ素子１２が伸びて外部共
振器の光路長が短くなる。

【００６１】したがって、たとえば、基本光レーザ１の
レーザ電流を大きくして波長を長くする方向に振った場
合には、ピエゾ素子１２に印加される駆動電圧Ｄを小さ
く設定して外部共振器の光路を長く設定する必要があ
り、基本光レーザ１およびピエゾ素子１２に対する印加
電圧は逆極性にする必要がある。

【００６２】上述のように、基本光レーザ１の電流を微
小変化させた場合、レーザ電流の変化量に比例した光周
波数（波長の逆数）で変化する。このとき必要な外部共
振器の光路長Ｗの変化量ΔＷは、以下の（２）式により
表わされる。

【００６３】ΔＷ≒−Ｗ・Δν／ν …（２）

【００６４】（２）式において、Ｗは外部共振器の光路
長、ΔＷは光路長Ｗの変化量、νはレーザの光周波数、
Δνは光周波数νの変化量である。（２）式より、光路
長Ｗの変化量ΔＷは、光周波数νの変化量Δνに比例し
た値で変化させればよいことが分かる。

【００６５】したがって、レーザ電流の掃引とピエゾ素
子１２の光路長変化に対応するように、波長掃引波形
（スイープ信号ＳＷ）の大きさを調整することにより、
スイープ波形ＳＷを用いた外部共振器のフィードバック
制御が可能となる。また、上記制御により、差動信号Ｄ
ＩＦを誤差信号として用いた場合の制御を容易にするこ
とができる。

【００６６】ただし、スイープ信号ＳＷの波形による光
周波数νの変化Δν、および、ピエゾ素子１２の変位
は、ともに完全にリニアではないこと、また、他の要因
による外部共振器の光路長Ｗの変化やレーザ波長のドリ
フトも存在することを考慮する必要がある。

【００６７】以下、スイープ信号ＳＷによる制御を用い
て、他の要因による変化を考慮した場合の動作について
説明する。図４〜図６はスイープ信号ＳＷによる制御を
追加した場合の積分信号ＳＤＦの変化を示しており、ス
イープ信号ＳＷを加えることにより、積分信号ＳＤＦの
変化量を小さくすることができる。

【００６８】すなわち、図４（ａ）のスイープ信号ＳＷ
に応じて、図４（ｂ）のように、レーザ波長λｏが変化
する。また、ピエゾコントローラ２３Ａは、図５のよう
に逆極性にされたスイープ信号ＳＷ′を用いて、図６
（ａ）の積分信号ＳＤＦを図６（ｂ）のように変化量が
抑制された積分信号ＳＤＦ′に変換し、この積分信号Ｓ
ＤＦ′に基づいてフィードバック用の駆動信号Ｄを生成
する。

【００６９】このように、積分信号ＳＤＦの変化量を小
さくすることにより、積分用のサンプリング時間ｄｔを
細かく設定したのと同等の効果を奏し、単位時間の波長
変化が大きくなって位相差δの生じる速度が上昇した場
合においても、出力の安定化を実現することができる。

【００７０】実際には、図７（ａ）のように第２高調波
Ｌｂの波長を４３７ｎｍで共振された場合、図７（ｂ）
のように、積分信号ＳＤＦ′（誤差信号）が検出され
る。

【００７１】また、レーザ波長をリニアに掃引した場
合、第２高調波Ｌｂの波長４３７ｎｍの出力変化は、図
８（ａ）のように表わされ、このときの波長掃引状況
は、たとえばスペクトル間隔２ＧＨｚのスペクトルアナ
ライザで測定すると、図８（ｂ）のようになる。さら
に、このときのスイープ信号ＳＷの波形は図８（ｃ）の
ようになる。

【００７２】図８（ｃ）において、０．２５秒の間に約
１２ＧＨｚの掃引幅で光周波数νを変化させた場合、±
５％程度の変動範囲で安定した第２高調波Ｌｂのレーザ
光出力が得られていることが分かる。

【００７３】以上のように、この発明の実施の形態１に
よれば、基本レーザ光Ｌと共振レーザ光Ｌｂとの位相差
δに基づくフィードバック制御により第２高調波Ｌｂを
出力する装置において、差動アンプ２０（誤差信号発生
装置）とピエゾコントローラ２３Ａ（ミラー駆動装置）
との間に積分器２１を挿入して積分信号ＳＤＦをフィー
ドバックさせることにより、第２高調波Ｌｂのレーザ波
長の長時間の安定化や波長掃引への対応を実現すること
ができる。

【００７４】また、レーザ波長掃引用のスイープ信号Ｓ
Ｗの波形をオフセット信号として、外部共振器のミラー
駆動用のピエゾ素子１２の駆動信号Ｄに加えることによ
り、誤差信号によるピエゾ素子１２の移動負荷を軽減さ
せることができる。したがって、第２高調波Ｌｂの波長
および出力をさらに安定化することができる。

【００７５】また、λ／４板１４および偏光ビームスプ
リッタ１５を含むモニタ用光学系を介して一対の誤差信
号ΔＰ１およびΔＰ２を取得することにより、高精度な
差動信号ＤＩＦを生成することができる。

【００７６】また、スイープ信号ＳＷをオフセットとし
て積分信号ＳＤＦ′の変化量を小さく抑制することによ
り、一定のサンプリング時間ｄｔ毎に積分信号ＳＤＦを
生成することができ、コストアップを招くこともない。

【００７７】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、基本レーザ光を出射する基本光レーザと、複数のミ
ラーおよび第２高調波発生レーザを含み、基本レーザ光
を共振レーザ光として第２高調波を発生する外部共振器
と、基本レーザ光と共振レーザ光との位相差を誤差信号
として検出し、誤差信号に基づいて複数のミラーの少な
くとも１つを駆動するフィードバック回路とを備え、ミ
ラーの駆動により外部共振器の共振状態を持続するよう
に構成された第２高調波発生装置において、フィードバ
ック回路は、外部共振器内のミラーを駆動する駆動手段
と、位相差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成手
段と、誤差信号を積分する積分器と、積分器から出力さ
れる積分信号に基づいて駆動手段に対する駆動信号を出
力する制御手段とを含むので、種々の変動要因によら
ず、出力安定化を確実に実現した第２高調波発生装置が
得られる効果がある。

【００７８】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、基本レーザ光の波長を掃引するためのス
イープ信号を生成する波形発生器を備え、制御手段は、
スイープ信号の波形をオフセット信号として駆動信号に
加えるようにしたので、さらに出力安定化を実現した第
２高調波発生装置が得られる効果がある。

【００７９】また、この発明の請求項３によれば、請求
項１または請求項２において、誤差信号生成手段は、外
部共振器で反射された基本レーザ光の反射レーザ光を分
割するモニタ用光学系と、分割された反射レーザ光を個
別に受光する光検出器と、各光検出器の出力信号を差動
増幅する差動アンプとを含み、差動アンプから出力され
る差動信号を誤差信号として積分器に入力するようにし
たので、さらに出力安定化を実現した第２高調波発生装
置が得られる効果がある。

【００８０】また、この発明の請求項４によれば、請求
項３において、モニタ用光学系は、λ／４板および偏光
ビームスプリッタを含むので、さらに出力安定化を実現
した第２高調波発生装置が得られる効果がある。

【００８１】また、この発明の請求項５によれば、請求
項１から請求項４までのいずれかにおいて、積分器は、
一定のサンプリング時間毎の誤差信号に対応して積分信
号を生成するようにしたので、コストアップを招くこと
なく、出力安定化を実現した第２高調波発生装置が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 この発明の実施の形態１による位相差に対す
る差動信号（誤差信号）の変化を示す特性図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による積分信号の時
間変化を示す説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態１によるスイープ信号
に対する波長変化を示す説明図であり、（ａ）はスイー
プ信号の時間変化、（ｂ）は波長の時間変化をそれぞれ
示す。

【図５】 この発明の実施の形態１による極性反転後の
スイープ信号を示す説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態１による積分信号（誤
差信号）を示す説明図であり、（ａ）はスイープ信号を
加える前の積分信号の時間変化、（ｂ）はスイープ信号
をオフセットとして加えた積分信号の時間変化を示す。

【図７】 この発明の実施の形態１により検出される信
号レベルを示す波形図であり、（ａ）は第２高調波の出
力信号波形、（ｂ）は波長制御信号（誤差信号）波形を
それぞれ示す。

【図８】 この発明の実施の形態１により掃引された場
合の信号レベルを示す波形図であり、（ａ）は第２高調
波のレーザ出力信号波形、（ｂ）はエタロンスペクトル
波形、（ｃ）はスイープ信号の波形をそれぞれ示す。

【図９】 従来の第２高調波発生装置を示す構成図であ
る。

【図１０】 従来の第２高調波発生装置による位相差に
対する誤差信号の変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 基本光レーザ、５〜８ ミラー、１０ 第２高調波
発生レーザ、１２ ピエゾ素子（駆動手段）、１４ λ
／４板、１５ 偏光ビームスプリッタ、１６、１７ 光
検出器、１８ 波形発生器、２０ 差動アンプ、２１
積分器、２３Ａピエゾコントローラ（制御手段）、ｄｔ
サンプリング時間、Ｄ 駆動信号、ＤＩＦ 差動信号
（誤差信号）、Ｌ 基本レーザ光、Ｌａ 共振レーザ
光、Ｌｂ第２高調波、Ｌｃ 反射レーザ光、ＳＤＦ 積
分信号（誤差信号）、ＳＷ スイープ信号、δ 位相
差、ΔＰ１、ΔＰ２ 誤差信号。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本レーザ光を出射する基本光レーザ
   と、 複数のミラーおよび第２高調波発生レーザを含み、前記
   基本レーザ光を共振レーザ光として第２高調波を発生す
   る外部共振器と、 前記基本レーザ光と前記共振レーザ光との位相差を誤差
   信号として検出し、前記誤差信号に基づいて前記複数の
   ミラーの少なくとも１つを駆動するフィードバック回路
   とを備え、 前記ミラーの駆動により前記外部共振器の共振状態を持
   続するように構成された第２高調波発生装置において、 前記フィードバック回路は、 前記外部共振器内のミラーを駆動する駆動手段と、 前記位相差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成手
   段と、 前記誤差信号を積分する積分器と、 前記積分器から出力される積分信号に基づいて前記駆動
   手段に対する駆動信号を出力する制御手段とを含むこと
   を特徴とする第２高調波発生装置。
2. 【請求項２】 前記基本レーザ光の波長を掃引するため
   のスイープ信号を生成する波形発生器を備え、 前記制御手段は、前記スイープ信号の波形をオフセット
   信号として前記駆動信号に加えることを特徴とする請求
   項１に記載の第２高調波発生装置。
3. 【請求項３】 前記誤差信号生成手段は、 前記外部共振器で反射された前記基本レーザ光の反射レ
   ーザ光を分割するモニタ用光学系と、 分割された前記反射レーザ光を個別に受光する光検出器
   と、 前記各光検出器の出力信号を差動増幅する差動アンプと
   を含み、 前記差動アンプから出力される差動信号を前記誤差信号
   として前記積分器に入力することを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の第２高調波発生装置。
4. 【請求項４】 前記モニタ用光学系は、λ／４板および
   偏光ビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項３
   に記載の第２高調波発生装置。
5. 【請求項５】 前記積分器は、一定のサンプリング時間
   毎の誤差信号に対応して前記積分信号を生成することを
   特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載
   の第２高調波発生装置。