JPS6022635Y2 - 出力安定化レ−ザ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は出力変動を負帰還法により抑制する出力安定化
レーザに関する。

従来、このような負帰還法によって固体レーザの緩和振
動による出力変動を安定化するレーザとしては電気光学
内部変調器を用いたものが知られている。

最初の報告例である文献１ （Ｈ，５ｔａｔｚＧ、Ａ、
Ｄｅｍａｒｓ、 Ｄ、Ｔ、Ｗｉｌｓｏｎ、ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジックス（（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ ））誌、第３６
巻（（（（１９６５年択１５ｌ０頁〜１５１４頁）には
、ルビーレーザの共振器内にカーセルを設置し、光出力
信号電圧を増巾してカーセルに印加することにより負帰
還をかけて安定化を実施した例が述べられている。

しかし、従来のように電気光学効果を用いる方式では以
下に述べるようないくつかの欠点があった。

即ち、必要駆動電圧を低くするためにポッケルスセルを
用いる場合でも、有効な負帰還をかけるには少くとも数
百ｖ程度の電圧を、緩和振動周期よりも充分短い応答速
度（１μｓ以下）でポッケルスセルに印加しなければな
らず、そのための電気回路には高度な技術と高価、特殊
な部品を必要とする。

また、ポッケルスセルを共振器内に設置する場合、ポッ
ケルスセルの端面反射による端面同志あるいは端面と共
振器鏡とでつくる複合共振器の帰還効果により、逆に緩
和振動の誘発頻度が高くなり、安定度が損なわれる。

しかもポッケルスセル特有の自然複屈折のため、共振器
内の光軸とポッケルスセルの結晶軸とのアライメントを
最適化するのに非常に微細な調整を必要とする難点があ
った。

さらにはポッケルスセルの材料にはＫＤＰやその類似構
造結晶が用いられるが、この場合特に近赤外から赤外に
かけて吸収が強く、使用可能波長域に制限があった。

一方、ポッケルスセルの代りにカー効果を有する液体を
媒質にしたカーセルを用いる場合には、セル形状により
端面反射の問題を除去できるほか、自然複屈折がない等
、有利な点があるものの、液体特有の屈折率ゆらぎが発
振光の均一性を悪化させ、しかも半波長電圧がポッケル
スセルよりもはるかに高いために必要となる駆動電圧が
さらに高くなるという欠点を有する。

本考案の目的は以上述べた従来の負帰還安定化レーザの
欠点を除去し、容易にかつ確実に負帰還による出力安定
化を遠戚できる実用性の高いレーザ装置を提供すること
にある。

本考案によれば、レーザ共振器内に内部変調器を設置し
、レーザ出力の増減に応じて該内部変調器の変調電力、
すなわち共振器損失を増減させるための負帰還回路を設
けた出力安定化レレーザにおいて、該内部変調器として
石英を超音波媒体とする超音波光変調器を用い、該超音
波変調器の駆動用高周波電力を振巾変調するための変調
器としてダブル・バランスド・ミキサーを用い、かつ、
該レーザ出力を検知する光検出器の電気出力端子をコン
デンサーを介して任意の直流電圧を発生させうる直流バ
イアス回路と該ダブル・バランスド・ミキサーの変調用
端子とへつないで負帰還回路を構成したことを特徴とす
る出力安定化レーザが得られる。

以下図面を用いて本考案の詳細を説明する。

第１図は本考案の実施例を示す構成図である。

出力鏡１と反射鏡２でつくるレーザ共振器内に、レーザ
用活性媒質３と、石英を超音波媒体とする超音波光変調
器１５が設置されてレーザ発振器が構成される。

その光出力の一部４を検出器５で受け、その電気信号出
力を増巾器６で増巾し、コンデンサー７を介して交流成
分のみをＶＨＦ帯のダブル・バランスド・ミキサー１０
の中間周波Ｘ端子１２へ接続する。

その際ダブル・バランスド・ミキサー１０を後述の動作
点に設定するために、直流バイアス電圧回路８で発生す
る適当な直流電流圧を前記交流電圧に重畳し印加する。

一方、超音波光変調器１５を最も効率良く駆動できる周
波数（ＶＨＦ帯）の触号発生器１４をダブル・バランス
ド・ミキサー１０の局部発振（ＬＯ）端子１２につなぎ
、さらにミキサー１０の高周波信号（ＲＦ）端子１１と
超音波光変調器１５のトランスデユーサ１６とをＶＨＦ
帯の電力増巾器１７を介してつなぐ。

こうするとトランスデユーサ１６へは、Ｘ端子１２のＡ
Ｃ信号で振巾変調されたＲＦパワーが印加され、負帰還
回路が構成される。

例えば該レーザの平均出力よりも光出力が増加した場合
、増加分に比例した電圧だけミキサー１０のＸ端子１２
への印加電圧が上昇する。

第２図は、ミキサー１０の入出力特性を示すグラフで、
横軸はミキサー１０のＸ端子１２への変調用帰還電圧■
８であり、縦軸は（１）端子１３への超高周波入力を一
定に保った場合のＲＦ端子１１の出力電圧ＶＲＦの自乗
である。

この入出力特性の直線的な部分を用いるよう直流バイア
ス回路８の電圧を調整してＶｘの動作点を設定すれば、
光出力の増加量に比例して出力電圧ＶＲＰの自乗と超音
波光変調器１５へのドライブ電力、その結果としての共
振器損失がそれぞれ増加して光出力が減少する。

光出力が減少した場合も同様の負帰還過程により光出力
が増加し、どちらの場合も出力の安定化が図られる。

本考案をランプ励起の高出力連続発振ＹＡＧレーザに適
用したところ、負帰還がない場合に最大振巾変動が１幅
ｌにも達する緩和振動が時々生じたのに対し、負帰還を
かけた場合には、最大１割程度の振巾変動の緩和振動が
時々生ずるだけで、顕著な緩和振動押上効果が確認され
、出力安定化に著効があった。

なお超音波光変調器は端面がブルースタ角になっている
うえ、光学媒質に損失が少く均質度の高い石英を用いて
いるため、レーザ共振器への挿入損失が赤外までを含め
て極めて少くすることができ、本例のごとく１〜１．３
μｍ帯の近赤外の連続発振レーザにも充分実用性をもっ
て適用できるうえ素子端面の複合共振効果による緩和振
動誘起現象も生じない。

変調素子の挿入角度も超音波回折格子のブラッグ条件に
合わせるのみでよく、ポッケルスセルの複屈折を避ける
よりもはるかに共振器への挿入角度の許容度が大きい。

動作点においては、トランスデユーサ１６へのわずかな
ＲＦ電力を供給するだけで充分な出力安定化効果が得ら
れ、ＶＨＦ帯の電力増巾器１７には既存の機器が充分使
用可能であった。

この場合の平均出力は、負帰還安定化法を適用しない場
合の９８％以上確保できた。

超音波光変調器の駆動用高周波電力を負帰還信号で振巾
変調する変調器には、安価で、市販品があり、簡単な構
成て目的が達成可能なダブルバランスド・ミキサーが優
れており、本考案のようにバイアス回路を用いる使用法
によれば入出力特性の直線性も充分確保される。

以上、本考案によれば、光出力を損うことなく緩和振動
に基ずく光出力変動を顕著に抑止した実用性の極めて高
い出力安定化レーザが得られる。

なお、本考案の有効性は単に連続発振レーザにとどまら
ず、ランプ励起パルス発振固体レーザやレーザ励起固体
レーザにも適用可能であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構成図第２図はダブル・バ
ランスド・ミキサーの入出力特性図である。 １・・・・・・出力鏡、２・・・・・・反射鏡、３・・
・・・・活性媒質、４・・・・・・光出力の一部をはね
た光ビーム、５・・・・・・光検出器、６・・・・・・
増巾器、７・・・・・・コンデンサー、８・・・・・・
直流バイアス電圧回路、１０・・・・・・ダブル・バラ
ンスド・ミキサー、１１・・・・・・ＲＦ端子、１２・
・・・・・Ｘ端子、１３・・・・・・ＬＯ端子、１４・
・・・・・Ｖ）ＩＦ帯信号発生器、１５・・・・・・超
音波光変調器、１６・・・・・・トランスデユーサ−１
７・・・・・・ＶＨＦ帯電力増巾器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. レーザ共振器内に内部変調器を設置し、レーザ出力の増
   減に応じて該内部変調器の変調電力、すなわち共振器損
   失を増減させるための負帰還回路を設けた出力安定化レ
   ーザにおいて、該内部変調器として石英を超音波媒体と
   する超音波光変調器を用い、該超音波光変調器の駆動用
   高周波電力を振巾変調するための変調器としてダブルバ
   ランスドミキサーを用い、かつ該レーザ出力を検知する
   光検出器の電気出力端子をコンデンサーを介して任意の
   直流電圧を発生させうる直流バイアス回路と該ダブルバ
   ランスドミキサーの変調用端子とへつないで負帰還回路
   を構成したことを特徴とする出力安定化レーザ。