JPS63250185A - 高確度周波数安定化レ−ザ−装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ）技術の分野 本発明は発振周波数の変動ならびに再投入時の発振周波
数の差異が小さい絶対発振周波数の確度が高い周波数安
定化レーザに関する。

ｂ）従来技術とその欠点 ゼーマンレーザーと呼ばれている周波数安定化レーザー
の直交する偏光を有する２つの発振光の光ビート周波数
は、レーザー共振器およびプラズマの光学的異方性の量
によって決まる。内部共振器形レーザー管に於いては、
レーザー管ごとにその値は異なるが、光ビート周波数の
変化量とレーザー光の周波数の変化量の関係は、レーザ
ー管によって異なる・１【はなく、はぼ、２ＸＩＱ３　
　というイめを示す、従って、例えば光ビート周波数の
変動をａＨｚにおさえる事が出来れば１発振光の周波数
を殻　ｋＨｚにおさえる事ができ、ｌ　Ｑｌｌ〜ｌ　Ｑ
１０という安定度を有する周波数安定化レーザーを得る
）ｊ覧ができる。

光ビート周波数を正確に一定にするには、水晶発振器の
発振周波数と、光ビート周波数が一致するよう制御する
のが実用的である。従来、水晶発振器と光ビート周波数
を比較して制御する周波数安定化レーザー？ｔ　２１の
例は極めて少なく、実用化されている装ことしては、わ
ずかに、Ｒ−Ｓフリツブフロップとその出力を積分して
得られる鋸歯状波の傾斜を見るバにより、水晶発振器の
周波数と光ビート周波数の大小を検知して、周波数差が
なくなるよう制御する装置があり、光周波数の簡易原器
として用いられているが、２つの欠点を有していた。そ
の１つは、両者の周波数差が大であると、１１１分して
得られるべき鋸歯状波は三角波に近づき大小の判定が不
可能となるので、動作開始時に両ビートの周波数を、９
Ｍｍ状波が現れる程度に近づけるという精密な操作を必
要とする点である。今１つは、周波数差が正か負かとい
う２値のパラメーターで補正を加えるため、補正曲線が
第２図ａのごとくの折線的になり、光ビート周波数の補
正周波数値前後の変化の周期によっては、制御系の共振
現象の原因になりかねないという欠点である。

Ｃ）発明の目的及び効果 本発明は以上の２つの欠点を根本的に取除くもので１両
者の周波数差が大であっても、大小の判断を誤まること
のない方式の採用により、動作開始時における操作を必
要とせず、また補正のノくラメ−ターとして正負という
２値のパラメーターではなしに、両者の周波数差に比例
した連続的なノーラメ−ターを選ぶことにより、共振現
象の心配のない制御系を構成するものであり１本発明に
より誰でも容易に操作できる簡易周波数原器を得ること
ができることとなった。

ｄ）発１ｙ１の構成 本発明の構成を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例である。

磁石２の幅に置かれたレーザー管ｌの発振光を磁石の磁
界の方向に対し４５６　　の方位を有する偏光子３を通
して検知器４で検知すると、その出力として光ビート信
号が得られる。この先ビート信号の周波数はレーザー管
の共振器の変化に応じて周期的に変化する０周波数変化
の一周期は共振器長の半波長の変化に対応している。従
って光ビート信号の周波数を一定に保つことにより、共
振器すなわちレーザー発振周波数を、一定にすることが
できる。光ビート信号は高周波増幅器５で増幅され１周
波数−電圧変換器６で第１の制御電圧信号に変えられ−
る。該電圧信号は電圧加算器７を通った後、電力増幅器
８で電力信号に変えられて温度制御器１６に印加され、
レーザー放電管の温度を制御することにより、光ビート
信号の周波数すなわちレーザー共振器長がほぼ一定に保
たれる。

以上の制御系を第１の制御系と呼ぶ。

以上第１の制御系に対し、以下の構成、機能を持つ第２
の制御系が以下のごとき動作を行なうことにより共振器
長を完全に一定にする役割を果している。すなわち、前
記の高周波増幅器５の出力の周波数と、基準周波数発生
装置としての水晶発振器９の出力をカウントダウンした
基準交番信号の周波数の差が１等値領域のない差周波検
出装置１１で検知される。ここで差周波は周波数差の正
負に応じて、アップ及びダウンの２つの回線のどちらか
にパルスとして出力される。２つの回線のどちらかに出
力されたパルスは、それぞれの回線上に設けられたパル
ス形状整形袋ｇｌ１２，１３により整形された後、差動
増幅器による極性変換装置１４により回線のどちらを通
ったかに応じて決まる正負の極性を有するパルスに変換
される。変換された後、積分装置１５で積分されその出
力電圧は前記の電圧加算器７で第１の制御Ｊｌ信号電圧
に加算され制御信号レベルのシフトが行なわれる。

このレベルのシフトは制御のバランスをくずすことがな
いよう積分装置の時定数により極めてゆっくりと、差周
波検出装との出力の正負が反転するまで同一方向に向っ
て行なわれる。差周波検出装この出力が反転すれば、制
御信号レベルのシフト方向も反転する。この反転動作は
無限にくり返される。制御信号レベルのシフト方向の反
転動作の速度は、極性変換装置の出すパルスの数と積分
装置の時定数によって決まり、信号レベルのシフト方向
は該パルスの極性で決まる。従って前記の基準交番信号
と光ビート信号の周波数差が大きい時は制御信号レベル
のシフトの速度は大きく、両信号の周波数差が小さくな
るにつれてシフトの速度は無限に小さくなる。

従来のＲ−Ｓフリップフロップを使用した周波数安定化
レーザーＩＡａに於いては、周波数差が正か負かという
２値のパラメーターで補正を加える為、第２図ａのごと
くその補正曲線は線形的であったのに対し、本レーザー
に於いては第２図すの如く、その補正曲線はなめらかな
カーブを呈し非線形的である。この補正曲線の非線形性
が木発す１の１つの特長であり、決して共振現象を発生
しない制御系の実現を肩上にしていると共に、光ビート
信号を安定した値を持つ基準交番信号の周波数に無限に
近づけることが出来る。この弥は光ビート周波数の変動
値の２０００倍で与えられる発振光の変動を　Ｏ′、１
Ｍ８２以下にする事を可能にしている。現在光の周波数
基準である沃素安定化レーザーの周波数は　０．１　　
＋ＨＩｚの桁まで数値が記されている。従って本発明の
安定化レーザー装置の周波数を沃素安定化レーザーで較
正することにより、沃素安定化レーザーに比して丈夫で
又簡単でもある高出力の周波数基準レーザーを得る事が
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は３木発明の実施例である。 第２図は、本発明の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー発振光の直交する２つの偏光の間で生ずる光ビ
   ートの周波数が、一定の値となるごとく共振器の長さを
   制御するレーザー装置に於いて、該共振器の長さがほぼ
   一定となるごとく共振器の長さを制御する第１の制御装
   置を有すると共に、水晶発振器等により基準交番信号を
   つくる基準周波数発生装置と、該基準交番信号の周波数
   と前記光ビートの周波数の差の周波数に応じたパルスを
   発生する差周波検出装置と、該周波数の差の正負に応じ
   て該差周波検出装置の発生したパルスを正負の電気極性
   を有するパルスに変換し、両極性パルスを発生する極性
   変換装置と、該両極性パルスを積分する積分装置から構
   成されるか、あるいは以上と等価な機能を有する第２の
   制御装置を有し該第２の制御装置によって得られる出力
   信号を前記第１の制御装置の出力信号に加算して、共振
   器の長さを制御することを特徴とする周波数安定化レー
   ザー装置。