JPS6254993A - 広域掃引単一モ−ド色素レ−ザ−装置 - Google Patents
広域掃引単一モ−ド色素レ−ザ−装置Info
- Publication number
- JPS6254993A JPS6254993A JP19537185A JP19537185A JPS6254993A JP S6254993 A JPS6254993 A JP S6254993A JP 19537185 A JP19537185 A JP 19537185A JP 19537185 A JP19537185 A JP 19537185A JP S6254993 A JPS6254993 A JP S6254993A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- etalon
- periodic modulation
- signal generator
- sawtooth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/022—Constructional details of liquid lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野)
本発明は広帯域にわた′って掃引可能な単一モード色素
レーザー装置に関する。
レーザー装置に関する。
(従来の技術)
レーザー周波数を、基準となる干渉計の共振周波数に合
致させることは、レーザー周波数を安定化する一方法と
して知られている。発振周波数f6を、干渉計の共振周
波数f、に合致させるためには、何らかの方法で両者の
差f、 ftを検知し、それを誤差信号としてレーザ
ー共振器にフィードバックし、f、 ftが0になる
ようにfe を変えればよい。従来の技術ではこのフィ
ードバックは、誤差信号を直流増幅器または積分増幅器
で増幅したのち電歪素子(または電磁素子)に与え、共
振器長を変えることによって実現していた。このように
して安定化した上で、基準となる干渉計の共振周波数を
変化させれば、レーザーの発振周波数をそれに追従して
変化させることができる。
致させることは、レーザー周波数を安定化する一方法と
して知られている。発振周波数f6を、干渉計の共振周
波数f、に合致させるためには、何らかの方法で両者の
差f、 ftを検知し、それを誤差信号としてレーザ
ー共振器にフィードバックし、f、 ftが0になる
ようにfe を変えればよい。従来の技術ではこのフィ
ードバックは、誤差信号を直流増幅器または積分増幅器
で増幅したのち電歪素子(または電磁素子)に与え、共
振器長を変えることによって実現していた。このように
して安定化した上で、基準となる干渉計の共振周波数を
変化させれば、レーザーの発振周波数をそれに追従して
変化させることができる。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、大部分の従来の色素レーザー装置(こお
いて、一度に掃引できる範囲は通常IC「1(30GH
z>程度に限られていた。このため、例えば100cm
−’の範囲を掃引するには100回ものレーザーの再調
整が必要であったばかりでなく、測定データを解析する
時にもデータの「つなぎ合わせ」に多大の時間と労力を
要した。
いて、一度に掃引できる範囲は通常IC「1(30GH
z>程度に限られていた。このため、例えば100cm
−’の範囲を掃引するには100回ものレーザーの再調
整が必要であったばかりでなく、測定データを解析する
時にもデータの「つなぎ合わせ」に多大の時間と労力を
要した。
本発明はこの問題点を解決し、一度に100cl’以上
の″範囲にわたって掃引可能な単一モード色素レーザー
装置を提供することを目的とする。
の″範囲にわたって掃引可能な単一モード色素レーザー
装置を提供することを目的とする。
な右、計算機援用サーボシステムを用いた、330 C
m−’の範囲を掃引することのできる色素レーザー装置
が知られている。しかしながら、この装置はあまりに精
巧、高価であって広く使用されていない。
m−’の範囲を掃引することのできる色素レーザー装置
が知られている。しかしながら、この装置はあまりに精
巧、高価であって広く使用されていない。
(問題点を解決するための手段)
上記問題点は、以下の本発明によって解決される。即ち
、本発明の単一モード色素レーザー装置は、色素レーザ
ー材料を励起′することによって生じた発光光を所定の
空間内に閉じ込めて発振させる複数の反射鏡、 前記発光光が発振することにより発生しうる多数の発振
モードのうち、特定のモードを隣接する発振モードから
分離して抽出する共振周波数可変のエタロン、 このエタロンの共振周波数の一つを選択する透過周波数
域可変の複屈折フィルター、 前記反射鏡の一つを印加信号強度に応じて移動する移動
手段、 前記エタロンのエタロン板間隔を印加信号強度に応じて
変化する駆動手段、 鋸歯状波信号発生器、 周期的変調信号発生器、 前記鋸歯状波信号発生器からの鋸歯状波信号と前記周期
的変調信号発生器からの周期的変調信号とを重畳して、
前記駆動手段に印加する手段、前記エタロンおよび前記
複屈折フィルターによって選択されたレーザー光の光強
度を検出する光電変換素子、 前記光電変換素子からの光強度信号を、前記周期的変調
信号発生器からの周期的変調信号を基準信号として位相
敏感検波を行う位相敏感検波器、この位相敏感検波器か
らの誤差信号を積分し、この積分値が所定の閾値に達し
た時に自動的にこの積分値がリセットされる積分器、お
よびこの積分器の出力信号と前記鋸歯状波信号とを重畳
して、前記移動手段に印加する手段から構成される。
、本発明の単一モード色素レーザー装置は、色素レーザ
ー材料を励起′することによって生じた発光光を所定の
空間内に閉じ込めて発振させる複数の反射鏡、 前記発光光が発振することにより発生しうる多数の発振
モードのうち、特定のモードを隣接する発振モードから
分離して抽出する共振周波数可変のエタロン、 このエタロンの共振周波数の一つを選択する透過周波数
域可変の複屈折フィルター、 前記反射鏡の一つを印加信号強度に応じて移動する移動
手段、 前記エタロンのエタロン板間隔を印加信号強度に応じて
変化する駆動手段、 鋸歯状波信号発生器、 周期的変調信号発生器、 前記鋸歯状波信号発生器からの鋸歯状波信号と前記周期
的変調信号発生器からの周期的変調信号とを重畳して、
前記駆動手段に印加する手段、前記エタロンおよび前記
複屈折フィルターによって選択されたレーザー光の光強
度を検出する光電変換素子、 前記光電変換素子からの光強度信号を、前記周期的変調
信号発生器からの周期的変調信号を基準信号として位相
敏感検波を行う位相敏感検波器、この位相敏感検波器か
らの誤差信号を積分し、この積分値が所定の閾値に達し
た時に自動的にこの積分値がリセットされる積分器、お
よびこの積分器の出力信号と前記鋸歯状波信号とを重畳
して、前記移動手段に印加する手段から構成される。
(作 用)
エタロンが基準干渉計の役を担っており、エタロンの最
大透過域である共振周波数のうち複屈折フィルターの透
過周波数域に合致する共振周波数にほぼ一致するモード
が取り出される。エタロンが変調されると、取り出され
るレーザー光の強度がエタロンの透過曲線に従って変調
される。従って、この変調されたレーザー光の強度を、
変調信号を基準信号として位相敏感検波(位相弁別検波
)することにより、エタロンの最大透過周波数とモード
周波数との差に比例する誤差信号が得ら、れる。
大透過域である共振周波数のうち複屈折フィルターの透
過周波数域に合致する共振周波数にほぼ一致するモード
が取り出される。エタロンが変調されると、取り出され
るレーザー光の強度がエタロンの透過曲線に従って変調
される。従って、この変調されたレーザー光の強度を、
変調信号を基準信号として位相敏感検波(位相弁別検波
)することにより、エタロンの最大透過周波数とモード
周波数との差に比例する誤差信号が得ら、れる。
この誤差信号を積分し、この積分値に従ってレーザー共
振器を形成する反射鏡を移動して共振器長を変化する負
帰環ループを形成すると、発振モードをエタロンの最大
透過周波数に一致させることができる。複屈折フィルタ
ーを回転してこの透過周波数域を連続的に変化させると
ともに、鋸歯状波発生器の出力によりエタロンの長さお
よび共振器長を周期的に変えることにより100 Cm
−’以上の波数領域に亘って掃引することができる。ま
た、本発明で用いられる積分器は閾値に達すると自動的
かつ瞬間的にリセットされ、再び積分動作を続行する。
振器を形成する反射鏡を移動して共振器長を変化する負
帰環ループを形成すると、発振モードをエタロンの最大
透過周波数に一致させることができる。複屈折フィルタ
ーを回転してこの透過周波数域を連続的に変化させると
ともに、鋸歯状波発生器の出力によりエタロンの長さお
よび共振器長を周期的に変えることにより100 Cm
−’以上の波数領域に亘って掃引することができる。ま
た、本発明で用いられる積分器は閾値に達すると自動的
かつ瞬間的にリセットされ、再び積分動作を続行する。
従って、誤差信号が増幅器の定格を超えて大きくなると
増幅器の出力が一定値に飽和してしまい、フィ−ドバッ
ク制御が利かない、いわゆる不能状態を生じるというこ
とがな(なるが、このことが広域掃引を現実のものとし
ている一つの重要な要因となっている。さらにこの不能
状態が生じないので、レーザー周波数を長時間にわたっ
て発振する場合従来しばしば問題となっていた不安定現
象も除去される。
増幅器の出力が一定値に飽和してしまい、フィ−ドバッ
ク制御が利かない、いわゆる不能状態を生じるというこ
とがな(なるが、このことが広域掃引を現実のものとし
ている一つの重要な要因となっている。さらにこの不能
状態が生じないので、レーザー周波数を長時間にわたっ
て発振する場合従来しばしば問題となっていた不安定現
象も除去される。
(発明の効果)
本発明によると、単一モードレーザーを広範囲に亘って
掃引することおよび長時間安定化が可能となった。
掃引することおよび長時間安定化が可能となった。
(実施例)
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。第1
図は本発明の広域単一モード色素レーザー装置の一実施
例の光学配置図である。3枚の鏡M、 、M3、M、が
折返し型レーデ−共振器を構成している。このレーザー
共振器の共振器長は、ボイスコイル2によりリニアベア
リング1上に設置された鏡M、を動かすことにより変え
られる。
図は本発明の広域単一モード色素レーザー装置の一実施
例の光学配置図である。3枚の鏡M、 、M3、M、が
折返し型レーデ−共振器を構成している。このレーザー
共振器の共振器長は、ボイスコイル2によりリニアベア
リング1上に設置された鏡M、を動かすことにより変え
られる。
色素レーザー材料の流れの帯である色素ジェット3は鏡
M、で集光されたアルゴンレーザー光4によって励起さ
れる。色素の発光スペクトル幅は極めて広いので、単一
モード発振を肖るために、複屈折フィルター5とエタロ
ン6により2段階で特定の波長領域を選択する。そうす
ると、レーザー共振器長りで決定される共振周波数f、
=nc/2L(nは整数、Cは光速度)のうち、この選
択された領域内に在る周波数でレーザーが発振する。
M、で集光されたアルゴンレーザー光4によって励起さ
れる。色素の発光スペクトル幅は極めて広いので、単一
モード発振を肖るために、複屈折フィルター5とエタロ
ン6により2段階で特定の波長領域を選択する。そうす
ると、レーザー共振器長りで決定される共振周波数f、
=nc/2L(nは整数、Cは光速度)のうち、この選
択された領域内に在る周波数でレーザーが発振する。
以上の関係が第2図に示される。エタロン6の共振周波
数fa=nc/2L’ (nは整数、Cは光速度、L′
はエタロンの長さ)の連続可変範囲は高だか15 cm
−’ (450G)lz)であるが、鋸歯状波信号によ
りエタロン6の共振周波数を周期的に変化させ、同時に
複屈折フィルター5をモータ7により単調に一方向に回
転してその透過周波帯域を変化させ、エタロン6の共振
周波数の一つを選択するようにすれば広い範囲でレーザ
ーの周波数を変えることができる。
数fa=nc/2L’ (nは整数、Cは光速度、L′
はエタロンの長さ)の連続可変範囲は高だか15 cm
−’ (450G)lz)であるが、鋸歯状波信号によ
りエタロン6の共振周波数を周期的に変化させ、同時に
複屈折フィルター5をモータ7により単調に一方向に回
転してその透過周波帯域を変化させ、エタロン6の共振
周波数の一つを選択するようにすれば広い範囲でレーザ
ーの周波数を変えることができる。
第3図はこのレーザーの周波数を広い範囲にわたって掃
引するための制御回路の模式図である。
引するための制御回路の模式図である。
第2図から分るように、レーザーの発振周波数を広い範
囲にわたって連続的に変えるには、共振器長しいエタロ
ンの長さL′及び複屈折フィルターの回転角の3つの量
を、一定の関係を保ったまま同時に変化させる必要があ
る。その関係が保たれないといわゆるモードジャンプの
ため、発振周波数の不連続が生じてしまう。ここではこ
れら3つの量のうち共振器長とエタロンの長さの間の関
係を正しく保つために、エタロンを基準の干渉計とみな
し、共振器長がこれに追従するようにサーボ制御を行っ
た。
囲にわたって連続的に変えるには、共振器長しいエタロ
ンの長さL′及び複屈折フィルターの回転角の3つの量
を、一定の関係を保ったまま同時に変化させる必要があ
る。その関係が保たれないといわゆるモードジャンプの
ため、発振周波数の不連続が生じてしまう。ここではこ
れら3つの量のうち共振器長とエタロンの長さの間の関
係を正しく保つために、エタロンを基準の干渉計とみな
し、共振器長がこれに追従するようにサーボ制御を行っ
た。
サーボ制御の具体的方法は次の通りである。第3図の発
振器8の正弦波(周波数f、 )を高圧アンプ9で増幅
してエタロン6の電歪素子10に与え、エタロン板61
.62の間隔を変化させて共振周波数f1 を小振幅で
変調する。その結果発振出力も周波数f、で変調される
が、その変調された信号の大きさと位相は、ftと発振
周波数f、、の差に応じて異なる。したがって、発振出
力をフォトダイオード11で受け、増幅器12を通した
のち位相敏感検波器を含むロックインアンプ13で位相
敏感検波することによりf、−f、に比例した誤差信号
を得ることができる。この誤差信号を増幅して電磁コイ
ル2により鏡M4 を動かしLを変えることによってf
−ftが0になるようにフィードバック制御する。
振器8の正弦波(周波数f、 )を高圧アンプ9で増幅
してエタロン6の電歪素子10に与え、エタロン板61
.62の間隔を変化させて共振周波数f1 を小振幅で
変調する。その結果発振出力も周波数f、で変調される
が、その変調された信号の大きさと位相は、ftと発振
周波数f、、の差に応じて異なる。したがって、発振出
力をフォトダイオード11で受け、増幅器12を通した
のち位相敏感検波器を含むロックインアンプ13で位相
敏感検波することによりf、−f、に比例した誤差信号
を得ることができる。この誤差信号を増幅して電磁コイ
ル2により鏡M4 を動かしLを変えることによってf
−ftが0になるようにフィードバック制御する。
既に説明したように、従来技術では、誤差信号の増幅の
段階で、出力の飽和による不能状態が発生しやすかった
が、本発明では、リセット機能付き積分増幅器14を用
いることにより不能状態の発生をなくすことができた。
段階で、出力の飽和による不能状態が発生しやすかった
が、本発明では、リセット機能付き積分増幅器14を用
いることにより不能状態の発生をなくすことができた。
リセット機能付き積分増幅器の回路の具体例を第4図に
示した。このリセット機能付き積分増幅器14は一つの
積分器141と、2つの比較器142.143と、積分
器141ヘリセツトパルスを送る単安定マルチバイブレ
ーク144とから構成されており、積分された誤差信号
が上限+■o あるいは下限−Vo に達すると自動的
にただちに0にリセットされる。
示した。このリセット機能付き積分増幅器14は一つの
積分器141と、2つの比較器142.143と、積分
器141ヘリセツトパルスを送る単安定マルチバイブレ
ーク144とから構成されており、積分された誤差信号
が上限+■o あるいは下限−Vo に達すると自動的
にただちに0にリセットされる。
鋸歯状波信号発生器18により鋸歯状波信号を発生して
、この鋸歯状波信号を積分増幅器14の出力信号または
、発振器8の出力信号とに重畳し、それぞれをボイスコ
イル2と電歪素子10へ供給して共振器長およびエタロ
ンの長さを周期的に変えるとともに、複屈折フィルター
5を単調に一方向に回転することにより広い範囲でレー
ザーの周波数が変化する。この場合、エタロンの周波数
掃引速度と複屈折フィルターの周波数掃引速度とが等し
くなるように、予め計算した速さで複屈折フィルターを
回転させる。
、この鋸歯状波信号を積分増幅器14の出力信号または
、発振器8の出力信号とに重畳し、それぞれをボイスコ
イル2と電歪素子10へ供給して共振器長およびエタロ
ンの長さを周期的に変えるとともに、複屈折フィルター
5を単調に一方向に回転することにより広い範囲でレー
ザーの周波数が変化する。この場合、エタロンの周波数
掃引速度と複屈折フィルターの周波数掃引速度とが等し
くなるように、予め計算した速さで複屈折フィルターを
回転させる。
色素レーザーの出力を安定化するために、フォトダイオ
ード11の出力はアルゴンレーザー16の電源17にも
フィードバックされる。これにより色素レーザーの出力
が一定になるように、アルゴンレーザー16の出力が自
動調整される。このフィードバック回路の周波数帯域は
、上記のエフロン変調周波数f、より低くしておく。
ード11の出力はアルゴンレーザー16の電源17にも
フィードバックされる。これにより色素レーザーの出力
が一定になるように、アルゴンレーザー16の出力が自
動調整される。このフィードバック回路の周波数帯域は
、上記のエフロン変調周波数f、より低くしておく。
以上の方法により、ローダミン6G色素を用いた場合、
100cm−’ (3000GHz)以上の広域掃引が
達成された。第5図は、この色素レーザーにより観測し
た沃素(I2)スペクトルの一部である。
100cm−’ (3000GHz)以上の広域掃引が
達成された。第5図は、この色素レーザーにより観測し
た沃素(I2)スペクトルの一部である。
これから、矢印で示された鋸歯状波の戻りの瞬間を除い
て、レーザー周波数が連続的に掃引されていることが確
君忍された。
て、レーザー周波数が連続的に掃引されていることが確
君忍された。
第1図は本発明の広域単一モード色素レーザー装置の一
実施例の光学配置図、 第2図は本発明の一実施例の動作を説明する図、第3図
は本発明の一実施例の制御回路のブロック図、 第4図は本発明に用いられる自動リセット機能付の積分
器の一例を示す回路図、 第5図は本発明の広域単一モード色素レーザー装置を用
いて観測された沃素(I2)のスペクトルを示す図であ
る。 1・・・・・・リニアベアリング、2・・・・・・ボイ
スコイル、4・・・・・・アルゴンレーザー光、 5・・・・・・複屈折フィルター、6・・・・・・エタ
ロン、8・・・・・・発振器、9・・・・・・高圧アン
プ、10・・・・・・電歪素子、11・・・・・・フォ
トダイオード、13・・・・・・ロックインアンプ、 14・・・・・・自動リセット機能付積分増幅器、16
・・・・・・アルゴンレーザー装置、18・・・・・・
鋸歯状波信号発生器。
実施例の光学配置図、 第2図は本発明の一実施例の動作を説明する図、第3図
は本発明の一実施例の制御回路のブロック図、 第4図は本発明に用いられる自動リセット機能付の積分
器の一例を示す回路図、 第5図は本発明の広域単一モード色素レーザー装置を用
いて観測された沃素(I2)のスペクトルを示す図であ
る。 1・・・・・・リニアベアリング、2・・・・・・ボイ
スコイル、4・・・・・・アルゴンレーザー光、 5・・・・・・複屈折フィルター、6・・・・・・エタ
ロン、8・・・・・・発振器、9・・・・・・高圧アン
プ、10・・・・・・電歪素子、11・・・・・・フォ
トダイオード、13・・・・・・ロックインアンプ、 14・・・・・・自動リセット機能付積分増幅器、16
・・・・・・アルゴンレーザー装置、18・・・・・・
鋸歯状波信号発生器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 色素レーザー材料を励起することによって生じた発光光
を所定の空間内に閉じ込めて発振させる複数の反射鏡、 前記発光光が発振することにより発生しうる多数の発振
モードのうち、特定のモードを隣接する発振モードから
分離して抽出する共振周波数可変のエタロン、 このエタロンの共振周波数の一つを選択する透過周波数
域可変の複屈折フィルター、 前記反射鏡の一つを印加信号強度に応じて移動する移動
手段、 前記エタロンの長さを印加信号強度に応じて変化する駆
動手段、 鋸歯状波信号発生器、 周期的変調信号発生器、 前記鋸歯状波信号発生器からの鋸歯状波信号と前記周期
的変調信号発生器からの周期的変調信号とを重畳して、
前記駆動手段に印加する手段、前記エタロンおよび前記
複屈折フィルターによって選択されたレーザー光の光強
度を検出する光電変換素子、 前記光電変換素子からの光強度信号を、前記周期的変調
信号発生器からの周期的変調信号を基準信号として位相
敏感検波を行う位相敏感検波器、この位相敏感検波器か
らの誤差信号を積分し、この積分値が所定の閾値に達し
た時に自動的にこの積分値がリセットされる積分器、お
よび この積分器の出力信号と前記鋸歯状波信号とを重畳して
、前記移動手段に印加する手段から構成される広域掃引
単一モード色素レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19537185A JPH0682881B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 広域掃引単一モ−ド色素レ−ザ−装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19537185A JPH0682881B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 広域掃引単一モ−ド色素レ−ザ−装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6254993A true JPS6254993A (ja) | 1987-03-10 |
| JPH0682881B2 JPH0682881B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=16340061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19537185A Expired - Lifetime JPH0682881B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 広域掃引単一モ−ド色素レ−ザ−装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682881B2 (ja) |
-
1985
- 1985-09-04 JP JP19537185A patent/JPH0682881B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0682881B2 (ja) | 1994-10-19 |
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