JP2019149400A - レーザ光源装置及びレーザ光調整方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を確実に得ることができるレーザ光源装置及びレーザ光調整方法を提供する。【解決手段】レーザ光調整方法は、アクチュエータへの印加の変化に応じた光出力信号の強度に基づいて、一対のモードホップ及び一対のモードホップの比較用飽和吸収線群を検出する検出工程（ステップＳ１）と、一対のモードホップが生じた各電圧値の中間値であるモード中心電圧値と、比較用飽和吸収線群が生じた電圧値である比較用電圧値とを比較する比較工程（ステップＳ２）と、比較用電圧値がモード中心電圧値よりも小さい場合、温度調整器の制御温度を上昇させ、比較用電圧値がモード中心電圧値よりも大きい場合、温度調整器の制御温度を下降させる制御温度調整工程（ステップＳ３，Ｓ４）と、制御温度調整工程の後、レーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ光安定化工程（ステップＳ５）と、を含む。【選択図】図３
Description
本発明は、レーザ光源装置及びレーザ光調整方法に関する。
従来、励起光を出射する励起用光源と、励起用光源からの励起光を受けてレーザ光を生成する共振器と、共振器から出射される光をヨウ素セル等の吸収セルで変調するレーザ光変調機構と、発振波長が吸収セルの飽和吸収線に安定化するように共振器を制御する制御ユニットとを備えたレーザ光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の従来のレーザ光源装置では、共振器内に個体レーザ媒体、非線形光学結晶、及びエタロン等の各素子が配置されている。これらの素子は、温度等の条件によって波長変換の効率が変化するため、共振器が目的波長を変換し続けるためには、各素子の温度を最適値にキープする必要がある。そこで、従来のレーザ光源装置では、所望波長のレーザ光が高出力で出力されるように、共振器内の各素子の温度を調整することが行われている。
しかしながら、従来のレーザ光源装置では、共振器内の各素子の温度は、共振器から出射されるレーザ光を調整したときの状態で固定される。このため、レーザ光源装置の経年変化などにより、共振器内の各素子の機械的アライメントが変化すると、共振器が出力するレーザ光の発振波長範囲がシフトしてしまう。
特に、共振器長によっては、モードホップと呼ばれるレーザ光の出力が急激に変化する現象が生じる。共振器の発振波長範囲がシフトすることにより、モードホップによる信号変化位置と飽和吸収線とが重なると、レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を得られなくなってしまう。
また、一般的なレーザ光源装置では、共振器内の各素子の機械的アライメントを調整した後に共振器の筐体を閉鎖しているため、各素子の機械的アライメントを再調整することは困難である。
特に、共振器長によっては、モードホップと呼ばれるレーザ光の出力が急激に変化する現象が生じる。共振器の発振波長範囲がシフトすることにより、モードホップによる信号変化位置と飽和吸収線とが重なると、レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を得られなくなってしまう。
また、一般的なレーザ光源装置では、共振器内の各素子の機械的アライメントを調整した後に共振器の筐体を閉鎖しているため、各素子の機械的アライメントを再調整することは困難である。
本発明の目的は、所望の飽和吸収線を確実に得られるレーザ光源装置及びレーザ光調整方法を提供することにある。
本発明は、励起光を受けて基本波光を生成するレーザ媒体、及び、前記基本波光を目的波長のレーザ光に変換する非線形光学結晶を含む共振器と、前記レーザ光が照射される吸収セルと、前記吸収セルを介した前記レーザ光を光出力信号に変換する光変換器と、前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整器と、印加される電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記アクチュエータに印加する前記電圧を制御するアクチュエータ制御手段と、前記電圧の変化に応じた前記光出力信号の強度に基づいて、任意の隣り合う一対のモードホップ、及び、前記一対のモードホップの間に生じる比較用飽和吸収線群を検出する検出手段と、前記一対のモードホップが生じた各電圧値の中間値であるモード中心電圧値と、前記比較用飽和吸収線群が生じた電圧値である比較用電圧値とを比較する比較手段と、前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも小さい場合、前記温度調整器の制御温度を上昇させ、前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも大きい場合、前記温度調整器の制御温度を下降させる制御温度調整手段と、を有することを特徴とする。
本発明では、比較用電圧値がモード中心電圧値よりも小さい場合、温度調整器の制御温度が上昇することにより、非線形光学結晶の温度が上昇する。すると、非線形光学結晶に変換されるレーザ光が高波長側にシフトするため、より大きい電圧値で飽和吸収線群が生じるようになる。
一方、比較用電圧値がモード中心電圧値よりも大きい場合、温度調整器の制御温度が下降することにより、非線形光学結晶の温度が下降する。すると、非線形光学結晶に変換されるレーザ光が低波長側にシフトするため、より小さい電圧値で飽和吸収線群が生じるようになる。
一方、比較用電圧値がモード中心電圧値よりも大きい場合、温度調整器の制御温度が下降することにより、非線形光学結晶の温度が下降する。すると、非線形光学結晶に変換されるレーザ光が低波長側にシフトするため、より小さい電圧値で飽和吸収線群が生じるようになる。
このような構成によれば、比較用飽和吸収線群は、モード中心電圧値近傍で生じるようになる。ここで、モード中心電圧値は、一対のモードホップが生じた各電圧値の中間値であるため、このモード中心電圧値近傍で比較用飽和吸収線群が生じれば、比較用飽和吸収線群はモードホップの影響を最も受けることがない。
また、モードホップ及び飽和吸収線群は、共振器長の一定間隔毎に生じる。よって、比較用飽和吸収線群がモード中心電圧値近傍で生じるように温度調整器の制御温度を調整することによって、比較用飽和吸収線群を含めた飽和吸収線群を、モードホップの影響が最も少ない電圧値で生じるように調整できる。
また、モードホップ及び飽和吸収線群は、共振器長の一定間隔毎に生じる。よって、比較用飽和吸収線群がモード中心電圧値近傍で生じるように温度調整器の制御温度を調整することによって、比較用飽和吸収線群を含めた飽和吸収線群を、モードホップの影響が最も少ない電圧値で生じるように調整できる。
したがって、本発明のレーザ光源装置では、経年劣化等により共振器の発振波長範囲がシフトしても、モードホップの影響が少ない共振器長で飽和吸収線群が生じるように、共振器の発振波長範囲のずれを補正することができる。これにより、レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を確実に得ることができる。
本発明は、励起光を受けて基本波光を生成するレーザ媒体、及び、前記基本波光を目的波長のレーザ光に変換する非線形光学結晶を含む共振器と、前記レーザ光が照射される吸収セルと、前記吸収セルを介した前記レーザ光を光出力信号に変換する光変換器と、前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整器と、印加される電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、を備えるレーザ光源装置におけるレーザ光調整方法であって、前記電圧を変化させ、前記電圧の変化に応じた前記光出力信号の強度に基づいて、任意の隣り合う一対のモードホップ、及び、前記一対のモードホップの間に生じる比較用飽和吸収線群を検出する検出工程と、前記一対のモードホップが生じた各電圧値の中間値であるモード中心電圧値と、前記比較用飽和吸収線群が生じた電圧値である比較用電圧値とを比較する比較工程と、前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも小さい場合、前記温度調整器の制御温度を上昇させ、前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも大きい場合、前記温度調整器の制御温度を下降させる制御温度調整工程と、前記制御温度調整工程の後、前記レーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ光安定化工程と、を含むことを特徴とする。
このような方法によれば、前述と同様、レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を確実に得ることができ、レーザ光の安定化を確実に行うことができる。
このような方法によれば、前述と同様、レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を確実に得ることができ、レーザ光の安定化を確実に行うことができる。
本発明は、レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を確実に得ることができる。
以下、本発明に係る一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態におけるレーザ光源装置１を示すブロック図である。
レーザ光源装置１は、光を出射する光源２と、共振器３と、共振器３から出射される光を導光する導光機構４と、共振器３から出射される光を変調するレーザ光変調機構５と、制御ユニット６とを備える。
図１は、本実施形態におけるレーザ光源装置１を示すブロック図である。
レーザ光源装置１は、光を出射する光源２と、共振器３と、共振器３から出射される光を導光する導光機構４と、共振器３から出射される光を変調するレーザ光変調機構５と、制御ユニット６とを備える。
［光源の構成］
光源２は、励起用光源であり、半導体レーザ２１と、コリメータレンズ２２と、放熱板２３と、温度センサ２４１と、温度調整器２４２とを備える。
半導体レーザ２１は、制御ユニット６に制御された駆動電流が流れることにより、基本波光を生成可能な波長（例えば８０８ｎｍ付近）の励起光を出射する。
コリメータレンズ２２は、半導体レーザ２１から出射される励起光を平行化する。
放熱板２３は、半導体レーザ２１の背面側に設けられ、半導体レーザ２１の熱を逃がす。
温度センサ２４１は、サーミスタ等により構成され、半導体レーザ２１に設けられている。温度センサ２４１は、半導体レーザ２１の温度を検出可能であり、検出温度に基づく信号を制御ユニット６に出力する。
温度調整器２４２は、ペルチェ素子等により構成され、半導体レーザ２１と放熱板２３との間に設けられている。温度調整器２４２は、制御ユニット６から入力される制御信号によって制御されることにより、半導体レーザ２１の温度を設定温度に調整する。
光源２は、励起用光源であり、半導体レーザ２１と、コリメータレンズ２２と、放熱板２３と、温度センサ２４１と、温度調整器２４２とを備える。
半導体レーザ２１は、制御ユニット６に制御された駆動電流が流れることにより、基本波光を生成可能な波長（例えば８０８ｎｍ付近）の励起光を出射する。
コリメータレンズ２２は、半導体レーザ２１から出射される励起光を平行化する。
放熱板２３は、半導体レーザ２１の背面側に設けられ、半導体レーザ２１の熱を逃がす。
温度センサ２４１は、サーミスタ等により構成され、半導体レーザ２１に設けられている。温度センサ２４１は、半導体レーザ２１の温度を検出可能であり、検出温度に基づく信号を制御ユニット６に出力する。
温度調整器２４２は、ペルチェ素子等により構成され、半導体レーザ２１と放熱板２３との間に設けられている。温度調整器２４２は、制御ユニット６から入力される制御信号によって制御されることにより、半導体レーザ２１の温度を設定温度に調整する。
［共振器の構成］
共振器３は、フォーカスレンズ３１１と、個体レーザ媒体３２と、非線形光学結晶３３と、エタロン３４と、共振器ミラー３５と、アクチュエータ３５１と、レーザ素子支持部３１２と、エタロン支持部３１３と、温度センサ３６１，３７１と、温度調整器３６２，３７２と、これらを内部に格納する筐体３１とを備えている。
共振器３は、フォーカスレンズ３１１と、個体レーザ媒体３２と、非線形光学結晶３３と、エタロン３４と、共振器ミラー３５と、アクチュエータ３５１と、レーザ素子支持部３１２と、エタロン支持部３１３と、温度センサ３６１，３７１と、温度調整器３６２，３７２と、これらを内部に格納する筐体３１とを備えている。
フォーカスレンズ３１１は、コリメータレンズ２２にて平行化された励起光を集光する。
個体レーザ媒体３２は、例えばＮｄ：ＹＶＯ４結晶などであり、フォーカスレンズ３１１にて集光される励起光によって励起されて１０６４ｎｍ付近の波長の光（基本波光）を出射する。
非線形光学結晶３３は、例えばＫＴＰ結晶などであり、個体レーザ媒体３２から出射される基本波光を５３２ｎｍ付近の目的波長の光（第２高調波光）に変換する。
個体レーザ媒体３２は、例えばＮｄ：ＹＶＯ４結晶などであり、フォーカスレンズ３１１にて集光される励起光によって励起されて１０６４ｎｍ付近の波長の光（基本波光）を出射する。
非線形光学結晶３３は、例えばＫＴＰ結晶などであり、個体レーザ媒体３２から出射される基本波光を５３２ｎｍ付近の目的波長の光（第２高調波光）に変換する。
エタロン３４は、非線形光学結晶３３の光路後段に配設され、所定の波長の光を透過させるものである。エタロン３４は、マルチモードで発振する基本波光をシングルモードにすると共に、非線形光学結晶３３にて変換された第２高調波光もシングルモードにする。
共振器ミラー３５は、エタロン３４の光路後段に配設され、ピエゾ素子等のアクチュエータ３５１を介して筐体３１に取り付けられている。共振器ミラー３５は、アクチュエータ３５１への印加電圧が制御されることによって、共振器３の光軸方向に沿った移動が可能である（共振器長が変更される）。
共振器ミラー３５は、エタロン３４の光路後段に配設され、ピエゾ素子等のアクチュエータ３５１を介して筐体３１に取り付けられている。共振器ミラー３５は、アクチュエータ３５１への印加電圧が制御されることによって、共振器３の光軸方向に沿った移動が可能である（共振器長が変更される）。
レーザ素子支持部３１２は、個体レーザ媒体３２及び非線形光学結晶３３を支持しており、エタロン支持部３１３は、エタロン３４を支持している。レーザ素子支持部３１２及びエタロン支持部３１３は、筐体３１に一体構成とされていてもよく、筐体３１に対して別途取り付けられていてもよい。また、レーザ素子支持部３１２及びエタロン支持部３１３は、熱伝導性が高い材料から形成されることが好ましい。
レーザ素子支持部３１２には、温度センサ３６１及び温度調整器３６２が設けられている。温度センサ３６１は、例えばサーミスタ等により構成され、個体レーザ媒体３２及び非線形光学結晶３３の温度を検出し、検出温度に基づく信号を制御ユニット６に出力する。温度調整器３６２は、例えばペルチェ素子等により構成され、制御ユニット６から入力される制御信号によって制御されることにより、レーザ素子支持部３１２を介して個体レーザ媒体３２及び非線形光学結晶３３の温度を設定温度に調整する。
エタロン支持部３１３には、温度センサ３７１及び温度調整器３７２が設けられている
温度センサ３７１は、例えばサーミスタ等により構成され、エタロン３４の温度を検出し、検出温度に基づく信号を制御ユニット６に出力する。温度調整器３７２は、例えばペルチェ素子等により構成され、制御ユニット６から入力される制御信号によって制御されることにより、エタロン支持部３１３を介してエタロン３４の温度を設定温度に調整する。
温度センサ３７１は、例えばサーミスタ等により構成され、エタロン３４の温度を検出し、検出温度に基づく信号を制御ユニット６に出力する。温度調整器３７２は、例えばペルチェ素子等により構成され、制御ユニット６から入力される制御信号によって制御されることにより、エタロン支持部３１３を介してエタロン３４の温度を設定温度に調整する。
共振器３では、個体レーザ媒体３２の半導体レーザ２１側の面に、励起光を透過し、基本波光を反射するためのコーティングが施されている。また、共振器ミラー３５における個体レーザ媒体３２側の面に、基本波光を反射し、第２高調波光を透過するためのコーティングが施されている。共振器３に入射した基本波光は、個体レーザ媒体３２と共振器ミラー３５との間を往復してマルチモードで発振し、非線形光学結晶３３に変換された第２高調波光は、共振器ミラー３５を透過して共振器３から出射される。
［導光機構の構成］
導光機構４は、共振器３の光路後段に配設されており、フィルタ４１，４２、１／２波長板４３、及び、偏光ビームスプリッタ４４を備える。
導光機構４は、共振器３の光路後段に配設されており、フィルタ４１，４２、１／２波長板４３、及び、偏光ビームスプリッタ４４を備える。
フィルタ４１は、共振器３からの漏れ光である励起光を減衰させる。
フィルタ４２は、レーザ光源装置１の光軸に対して傾斜した状態で配設されている。フィルタ４２は、共振器３からの漏れ光である基本波光を反射させ、レーザ光源装置１の光軸から離間する方向に導くとともに、第２高調波光を透過させる。
１／２波長板４３は、フィルタ４１，４２を透過した光の偏光方向を調整する。
偏光ビームスプリッタ４４は、偏光分離膜４４Ａを有し、偏光分離膜４４Ａに入射する光を反射光と透過光とに分光する。
フィルタ４２は、レーザ光源装置１の光軸に対して傾斜した状態で配設されている。フィルタ４２は、共振器３からの漏れ光である基本波光を反射させ、レーザ光源装置１の光軸から離間する方向に導くとともに、第２高調波光を透過させる。
１／２波長板４３は、フィルタ４１，４２を透過した光の偏光方向を調整する。
偏光ビームスプリッタ４４は、偏光分離膜４４Ａを有し、偏光分離膜４４Ａに入射する光を反射光と透過光とに分光する。
導光機構４における光路について説明する。
共振器３から出射された光のうちの第２高調波光は、フィルタ４１，４２を透過し、１／２波長板４３に偏光方向を調整されて偏光ビームスプリッタ４４に入射する。偏光ビームスプリッタ４４に入射した光は、偏光分離膜４４Ａを透過するＰ偏光の光と、偏光分離膜４４Ａに反射されるＳ偏光の光に分離する。
偏光ビームスプリッタ４４で反射したＳ偏光の光は、レーザ光源装置１の外部に出射され、測長等に使用するレーザ光として用いられる。
共振器３から出射された光のうちの第２高調波光は、フィルタ４１，４２を透過し、１／２波長板４３に偏光方向を調整されて偏光ビームスプリッタ４４に入射する。偏光ビームスプリッタ４４に入射した光は、偏光分離膜４４Ａを透過するＰ偏光の光と、偏光分離膜４４Ａに反射されるＳ偏光の光に分離する。
偏光ビームスプリッタ４４で反射したＳ偏光の光は、レーザ光源装置１の外部に出射され、測長等に使用するレーザ光として用いられる。
［レーザ光変調機構の構成］
レーザ光変調機構５は、導光機構４の光路後段に配設されており、偏光ビームスプリッタ５１、１／４波長板５２、ヨウ素セル（吸収セル）５３、反射ミラー５４、及び、強度検出部（光変換器）５５を備える。
偏光ビームスプリッタ５１は、偏光分離膜５１Ａを有し、偏光分離膜５１Ａに入射する光を反射光と透過光とに分光する。
１／４波長板５２は、入射する光の位相を９０°遅らせる機能を有している。
ヨウ素セル５３には、サーミスタや温度調整器により構成されたセル温度調整機構５３１が取り付けられている。セル温度調整機構５３１は、制御ユニット６から入力される制御信号によって制御されることにより、ヨウ素セル５３の温度を所定の基準値に調整する。これにより、ヨウ素セル５３の吸収線（波長）が所望の値に設定される。
反射ミラー５４は、ヨウ素セル５３を透過した光を反射させる。
強度検出部５５は、入射した光の光強度を検出し、検出した光強度に基づく光出力信号を制御ユニット６に出力する。
レーザ光変調機構５は、導光機構４の光路後段に配設されており、偏光ビームスプリッタ５１、１／４波長板５２、ヨウ素セル（吸収セル）５３、反射ミラー５４、及び、強度検出部（光変換器）５５を備える。
偏光ビームスプリッタ５１は、偏光分離膜５１Ａを有し、偏光分離膜５１Ａに入射する光を反射光と透過光とに分光する。
１／４波長板５２は、入射する光の位相を９０°遅らせる機能を有している。
ヨウ素セル５３には、サーミスタや温度調整器により構成されたセル温度調整機構５３１が取り付けられている。セル温度調整機構５３１は、制御ユニット６から入力される制御信号によって制御されることにより、ヨウ素セル５３の温度を所定の基準値に調整する。これにより、ヨウ素セル５３の吸収線（波長）が所望の値に設定される。
反射ミラー５４は、ヨウ素セル５３を透過した光を反射させる。
強度検出部５５は、入射した光の光強度を検出し、検出した光強度に基づく光出力信号を制御ユニット６に出力する。
レーザ光変調機構５における光路について説明する。
偏光ビームスプリッタ４４を透過したＰ偏光の光（レーザ光）は、偏光ビームスプリッタ５１を透過し、１／４波長板５２を介してヨウ素セル５３に照射される。ヨウ素セル５３を透過した光は、反射ミラー５４にて反射され、ヨウ素セル５３、及び１／４波長板５２を透過して偏光ビームスプリッタ５１に再び入射する。このとき、偏光ビームスプリッタ５１に再び入射した光は、１／４波長板５２を２度通過しているので、偏光方向が９０度回転し、偏光分離膜５１Ａに対してＳ偏光の光となる。したがって、偏光ビームスプリッタ５１に再び入射した光は、偏光分離膜５１Ａにて反射される。偏光ビームスプリッタ５１にて反射された光は、強度検出部５５に入射する。
偏光ビームスプリッタ４４を透過したＰ偏光の光（レーザ光）は、偏光ビームスプリッタ５１を透過し、１／４波長板５２を介してヨウ素セル５３に照射される。ヨウ素セル５３を透過した光は、反射ミラー５４にて反射され、ヨウ素セル５３、及び１／４波長板５２を透過して偏光ビームスプリッタ５１に再び入射する。このとき、偏光ビームスプリッタ５１に再び入射した光は、１／４波長板５２を２度通過しているので、偏光方向が９０度回転し、偏光分離膜５１Ａに対してＳ偏光の光となる。したがって、偏光ビームスプリッタ５１に再び入射した光は、偏光分離膜５１Ａにて反射される。偏光ビームスプリッタ５１にて反射された光は、強度検出部５５に入射する。
［制御ユニットの構成］
図２は、本実施形態における制御ユニット６を示すブロック図である。
制御ユニット６は、メモリ等により構成される記憶部６１や、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等により構成される制御部６２を備える。そして、制御部６２は、記憶部６１に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、アクチュエータ制御手段６２１と、検出手段６２２と、比較手段６２３と、制御温度調整手段６２４と、レーザ光安定化手段６２５して機能する。
図２は、本実施形態における制御ユニット６を示すブロック図である。
制御ユニット６は、メモリ等により構成される記憶部６１や、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等により構成される制御部６２を備える。そして、制御部６２は、記憶部６１に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、アクチュエータ制御手段６２１と、検出手段６２２と、比較手段６２３と、制御温度調整手段６２４と、レーザ光安定化手段６２５して機能する。
アクチュエータ制御手段６２１は、アクチュエータ３５１に印加する電圧を制御することにより、共振器ミラー３５の位置を変更させ、共振器３の共振器長を変化させる。
検出手段６２２及び比較手段６２３は、後述するレーザ光調整処理を行う。
制御温度調整手段６２４は、温度センサ２４１，３６１，３７１から入力される各信号に基づいて、半導体レーザ２１、非線形光学結晶３３、及びエタロン３４の各素子が各設定温度に保たれるように、温度調整器２４２，３６２，３７２の各温度を制御する。また、制御温度調整手段６２４は、ヨウ素セル５３の温度が所定の基準値になるように、セル温度調整機構５３１を制御する。さらに、制御温度調整手段６２４は、後述するレーザ光調整処理を行う。
検出手段６２２及び比較手段６２３は、後述するレーザ光調整処理を行う。
制御温度調整手段６２４は、温度センサ２４１，３６１，３７１から入力される各信号に基づいて、半導体レーザ２１、非線形光学結晶３３、及びエタロン３４の各素子が各設定温度に保たれるように、温度調整器２４２，３６２，３７２の各温度を制御する。また、制御温度調整手段６２４は、ヨウ素セル５３の温度が所定の基準値になるように、セル温度調整機構５３１を制御する。さらに、制御温度調整手段６２４は、後述するレーザ光調整処理を行う。
［レーザ光調整方法］
図３を参照しながら、レーザ光源装置１のレーザ光調整方法について説明する。
なお、以下に説明するレーザ光源装置１の動作は、例えば、レーザ光源装置１の起動後、各素子の温度が設定温度に保たれた後に行われる。
図３を参照しながら、レーザ光源装置１のレーザ光調整方法について説明する。
なお、以下に説明するレーザ光源装置１の動作は、例えば、レーザ光源装置１の起動後、各素子の温度が設定温度に保たれた後に行われる。
まず、アクチュエータ制御手段６２１が、アクチュエータ３５１への出力電圧を最大電圧値から最小電圧値まで徐々に減少させることにより、共振器３の共振器長を変化させる。
これと同時に、検出手段６２２は、強度検出部５５から入力される光出力信号に基づいて、光出力信号の急激な変化をモードホップＨとして検出する。そして、モードホップＨが生じた電圧値（モードホップ点Ｖｈと称する）を記憶部６１に記憶させる。
また、検出手段６２２は、強度検出部５５から入力される光出力信号に基づいて、閾値Ｓｔｈを超える光出力信号のピークを飽和吸収線群Ａとして検出する。そして、飽和吸収線群Ａが生じた電圧値Ｖａを記憶部６１に記憶させる。具体的には、光出力信号のピークが閾値Ｓｔｈと交わった時の最小電圧値と最大電圧値と間の中間値を電圧値Ｖａとする（ステップＳ１；検出工程）。
なお、検出手段６２２がモードホップＨを検出しない場合、そのままステップＳ５に移行してもよい。
これと同時に、検出手段６２２は、強度検出部５５から入力される光出力信号に基づいて、光出力信号の急激な変化をモードホップＨとして検出する。そして、モードホップＨが生じた電圧値（モードホップ点Ｖｈと称する）を記憶部６１に記憶させる。
また、検出手段６２２は、強度検出部５５から入力される光出力信号に基づいて、閾値Ｓｔｈを超える光出力信号のピークを飽和吸収線群Ａとして検出する。そして、飽和吸収線群Ａが生じた電圧値Ｖａを記憶部６１に記憶させる。具体的には、光出力信号のピークが閾値Ｓｔｈと交わった時の最小電圧値と最大電圧値と間の中間値を電圧値Ｖａとする（ステップＳ１；検出工程）。
なお、検出手段６２２がモードホップＨを検出しない場合、そのままステップＳ５に移行してもよい。
図４（Ａ）は、ステップＳ１において強度検出部５５が出力する光出力信号の例を示している。図４（Ａ）に示す光出力信号には、複数の飽和吸収線群Ａと、複数のモードホップＨとが観測される。
なお、図４（Ａ）では、図示を省略するが、飽和吸収線群Ａには、複数の飽和吸収線が含まれている。つまり、図４（Ａ）に示す光出力信号には、複数の飽和吸収線に対応するピークが含まれており、１次微分信号又は２次微分信号により、各飽和吸収線のピーク位置（電圧値）を検出することが可能となる。
なお、図４（Ａ）では、図示を省略するが、飽和吸収線群Ａには、複数の飽和吸収線が含まれている。つまり、図４（Ａ）に示す光出力信号には、複数の飽和吸収線に対応するピークが含まれており、１次微分信号又は２次微分信号により、各飽和吸収線のピーク位置（電圧値）を検出することが可能となる。
次に、比較手段６２３は、記憶部６１に記憶されたモードホップ点Ｖｈのうち、任意の隣り合う一対のモードホップ点Ｖｈ１，Ｖｈ２を選択し、一対のモードホップ点Ｖｈ１，Ｖｈ２の中間値をモード中心電圧値Ｖｃとして演算する。
また、比較手段６２３は、記憶部６１に記憶された飽和吸収線群Ａの電圧値Ｖａのうち、選択した一対のモードホップ点Ｖｈ１，Ｖｈ２の間に存在する電圧値Ｖａを選択する。この選択された電圧値Ｖａを比較用電圧値Ｖａｓとし、比較用電圧値Ｖａｓに応じる飽和吸収線群Ａを比較用飽和吸収線群Ａｓとする。
そして、比較手段６２３は、比較用電圧値Ｖａｓとモード中心電圧値Ｖｃとを比較する（ステップＳ２；比較工程）。
また、比較手段６２３は、記憶部６１に記憶された飽和吸収線群Ａの電圧値Ｖａのうち、選択した一対のモードホップ点Ｖｈ１，Ｖｈ２の間に存在する電圧値Ｖａを選択する。この選択された電圧値Ｖａを比較用電圧値Ｖａｓとし、比較用電圧値Ｖａｓに応じる飽和吸収線群Ａを比較用飽和吸収線群Ａｓとする。
そして、比較手段６２３は、比較用電圧値Ｖａｓとモード中心電圧値Ｖｃとを比較する（ステップＳ２；比較工程）。
比較手段６２３により、比較用電圧値Ｖａｓがモード中心電圧値Ｖｃよりも所定値以上小さいと判断された場合、制御温度調整手段６２４は、温度調整器３７２の制御温度を上昇させる（ステップＳ３；制御温度調整工程）。これにより、非線形光学結晶３３の温度が上昇する。すると、非線形光学結晶３３に変換されるレーザ光が高波長側にシフトするため、飽和吸収線群Ａは、より大きい電圧値で生じるようになる。例えば、図４（Ａ）に示す例では、モードホップＨを除くスペクトルが右側にずれ、図４（Ｂ）に示すように変化し、比較用飽和吸収線群Ａｓは、モード中心電圧値Ｖｃ近傍で生じるようになる。
一方、比較手段６２３により、比較用電圧値Ｖａｓがモード中心電圧値Ｖｃよりも所定値以上大きいと判断された場合、制御温度調整手段６２４は、温度調整器３７２の制御温度を下降させる（ステップＳ４；制御温度調整工程）。これにより、非線形光学結晶３３の温度が下降する。すると、非線形光学結晶３３に変換されるレーザ光が低波長側にシフトするため、飽和吸収線群Ａは、より小さい電圧値で生じるようになる。例えば、比較用飽和吸収線群Ａｓは、モード中心電圧値Ｖｃ近傍で生じるようになる。
また、比較手段６２３により、比較用電圧値Ｖａｓとモード中心電圧値Ｖｃとの差が所定値未満である（比較用電圧値Ｖａｓ及びモード中心電圧値Ｖｃは略等しい）と判断された場合、次のステップＳ５に移行する。
一方、比較手段６２３により、比較用電圧値Ｖａｓがモード中心電圧値Ｖｃよりも所定値以上大きいと判断された場合、制御温度調整手段６２４は、温度調整器３７２の制御温度を下降させる（ステップＳ４；制御温度調整工程）。これにより、非線形光学結晶３３の温度が下降する。すると、非線形光学結晶３３に変換されるレーザ光が低波長側にシフトするため、飽和吸収線群Ａは、より小さい電圧値で生じるようになる。例えば、比較用飽和吸収線群Ａｓは、モード中心電圧値Ｖｃ近傍で生じるようになる。
また、比較手段６２３により、比較用電圧値Ｖａｓとモード中心電圧値Ｖｃとの差が所定値未満である（比較用電圧値Ｖａｓ及びモード中心電圧値Ｖｃは略等しい）と判断された場合、次のステップＳ５に移行する。
なお、温度調整器３７２は、非線形光学結晶３３の温度だけでなく、個体レーザ媒体３２の温度を調整するものであるが、温度条件による各素子の変化は、個体レーザ媒体３２よりも非線形光学結晶３３の方が大きい。ここでの温度調整器３７２の温度は、個体レーザ媒体３２による基本波長の出射効率に影響を与えない程度であって、非線形光学結晶３３に変換されるレーザ光を若干シフトさせる程度に設定されればよい。
また、比較用電圧値Ｖａｓとモード中心電圧値Ｖｃとを比較するときの許容誤差としての所定値は、光出力信号に現れる一対のモードホップ間の電圧幅及び飽和吸収線群Ａの電圧幅に応じて、適宜設定可能である。
また、比較用電圧値Ｖａｓとモード中心電圧値Ｖｃとを比較するときの許容誤差としての所定値は、光出力信号に現れる一対のモードホップ間の電圧幅及び飽和吸収線群Ａの電圧幅に応じて、適宜設定可能である。
ステップＳ５では、レーザ光安定化手段６２５が、飽和吸収線の探索処理及びレーザ光の周波数固定処理を行うことにより、レーザ光を安定化する（レーザ光安定化工程）。なお、探索処理及び周波数固定処理は、従来技術と同様であるため（例えば特開２００８-１４１０５４参照）、ここでの説明を省略する。
以上により、レーザ光源装置１のレーザ光調整処理が終了する。
以上により、レーザ光源装置１のレーザ光調整処理が終了する。
［本実施形態の効果］
本実施形態によれば、比較用飽和吸収線群Ａｓは、モード中心電圧値Ｖｃ近傍で生じるようになる。ここで、モード中心電圧値Ｖｃは、一対のモードホップ点Ｖｈ１，Ｖｈ２の中間値であるため、このモード中心電圧値Ｖｃ近傍で比較用飽和吸収線群Ａｓが生じれば、比較用飽和吸収線群ＡｓはモードホップＨの影響を最も受けることがない。
また、モードホップＨ及び飽和吸収線群Ａは、共振器長の一定間隔毎に生じる。よって、比較用飽和吸収線群Ａｓがモード中心電圧値Ｖｃで生じるように調整することによって、比較用飽和吸収線群Ａｓを含めた飽和吸収線群Ａを、モードホップＨの影響が最も少ない電圧値で生じるように調整できる。
本実施形態によれば、比較用飽和吸収線群Ａｓは、モード中心電圧値Ｖｃ近傍で生じるようになる。ここで、モード中心電圧値Ｖｃは、一対のモードホップ点Ｖｈ１，Ｖｈ２の中間値であるため、このモード中心電圧値Ｖｃ近傍で比較用飽和吸収線群Ａｓが生じれば、比較用飽和吸収線群ＡｓはモードホップＨの影響を最も受けることがない。
また、モードホップＨ及び飽和吸収線群Ａは、共振器長の一定間隔毎に生じる。よって、比較用飽和吸収線群Ａｓがモード中心電圧値Ｖｃで生じるように調整することによって、比較用飽和吸収線群Ａｓを含めた飽和吸収線群Ａを、モードホップＨの影響が最も少ない電圧値で生じるように調整できる。
したがって、本実施形態のレーザ光源装置１では、経年劣化等により共振器３の発振波長範囲がシフトしても、モードホップＨの影響が少ない共振器長で飽和吸収線群Ａが生じるように、共振器３の発振波長範囲のずれを補正することができる。これにより、レーザ光を安定化するための所望の飽和吸収線を確実に得ることができる。
［変形例］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ステップＳ１において、飽和吸収線群Ａが閾値Ｓｔｈと交わった時の最小電圧値と最大電圧値と間の中間値を、当該飽和吸収線群Ａに応じた電圧値としているが、これに限られない。例えば、飽和吸収線群Ａの最大信号強度に対応する電圧値を、当該飽和吸収線群Ａに応じた電圧値としてもよい。
また、前記実施形態では、ステップＳ１において、強度検出部５５から入力される光出力信号に基づいて飽和吸収線群Ａを検出しているが、これに限られない。例えば、光出力信号の２次微分信号に基づいて飽和吸収線群Ａを検出してもよい。この場合、飽和吸収線群Ａに含まれる最大電圧の吸収線と最小電圧の吸収線との電圧中間値を、飽和吸収線群Ａの電圧値Ｖａとしてもよい。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ステップＳ１において、飽和吸収線群Ａが閾値Ｓｔｈと交わった時の最小電圧値と最大電圧値と間の中間値を、当該飽和吸収線群Ａに応じた電圧値としているが、これに限られない。例えば、飽和吸収線群Ａの最大信号強度に対応する電圧値を、当該飽和吸収線群Ａに応じた電圧値としてもよい。
また、前記実施形態では、ステップＳ１において、強度検出部５５から入力される光出力信号に基づいて飽和吸収線群Ａを検出しているが、これに限られない。例えば、光出力信号の２次微分信号に基づいて飽和吸収線群Ａを検出してもよい。この場合、飽和吸収線群Ａに含まれる最大電圧の吸収線と最小電圧の吸収線との電圧中間値を、飽和吸収線群Ａの電圧値Ｖａとしてもよい。
また、前記実施形態では、ステップＳ１において、アクチュエータ３５１への出力電圧を最大電圧値から最小電圧値まで減少させているが、最小電圧値から最大電圧値まで増加させてもよい。また、一対のモードホップＨとその間の比較用飽和吸収線群Ａｓとを検出した時点で、次の工程に移行してもよい。
また、前記実施形態において、ステップＳ３又はステップＳ４を行った後、再びステップＳ１に戻り、ステップＳ２において、比較用電圧値Ｖａｓとモード中心電圧値Ｖｃとの差が所定値以内であると判断されるまで、ステップＳ１〜ステップＳ４を繰り返してもよい。
本発明は、レーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ光源装置に利用できる。
１…レーザ光源装置、２…光源、３…共振器、４…導光機構、５…レーザ光変調機構、６…制御ユニット、２１…半導体レーザ、３１…筐体、３２…個体レーザ媒体、３３…非線形光学結晶、３４…エタロン、３５…共振器ミラー、５３…ヨウ素セル、５５…強度検出部、２４１，３６１，３７１…温度センサ、２４２，３６２，３７２…温度調整器、３１２…レーザ素子支持部、３１３…エタロン支持部、３５１…アクチュエータ、６１…記憶部、６２…制御部、６２１…アクチュエータ制御手段、６２２…検出手段、６２３…比較手段、６２４…制御温度調整手段、６２５…レーザ光安定化手段。
Claims (2)
- 励起光を受けて基本波光を生成するレーザ媒体、及び、前記基本波光を目的波長のレーザ光に変換する非線形光学結晶を含む共振器と、
前記レーザ光が照射される吸収セルと、
前記吸収セルを介した前記レーザ光を光出力信号に変換する光変換器と、
前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整器と、
印加される電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、
制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、
前記アクチュエータに印加する前記電圧を制御するアクチュエータ制御手段と、
前記電圧の変化に応じた前記光出力信号の強度に基づいて、任意の隣り合う一対のモードホップ、及び、前記一対のモードホップの間に生じる比較用飽和吸収線群を検出する検出手段と、
前記一対のモードホップが生じた各電圧値の中間値であるモード中心電圧値と、前記比較用飽和吸収線群が生じた電圧値である比較用電圧値とを比較する比較手段と、
前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも小さい場合、前記温度調整器の制御温度を上昇させ、前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも大きい場合、前記温度調整器の制御温度を下降させる制御温度調整手段と、を有する
ことを特徴とするレーザ光源装置。 - 励起光を受けて基本波光を生成するレーザ媒体、及び、前記基本波光を目的波長のレーザ光に変換する非線形光学結晶を含む共振器と、前記レーザ光が照射される吸収セルと、前記吸収セルを介した前記レーザ光を光出力信号に変換する光変換器と、前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整器と、印加される電圧に応じて前記共振器の共振器長を変化させるアクチュエータと、を備えるレーザ光源装置におけるレーザ光調整方法であって、
前記電圧を変化させ、前記電圧の変化に応じた前記光出力信号の強度に基づいて、任意の隣り合う一対のモードホップ、及び、前記一対のモードホップの間に生じる比較用飽和吸収線群を検出する検出工程と、
前記一対のモードホップが生じた各電圧値の中間値であるモード中心電圧値と、前記比較用飽和吸収線群が生じた電圧値である比較用電圧値とを比較する比較工程と、
前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも小さい場合、前記温度調整器の制御温度を上昇させ、前記比較用電圧値が前記モード中心電圧値よりも大きい場合、前記温度調整器の制御温度を下降させる制御温度調整工程と、
前記制御温度調整工程の後、前記レーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ光安定化工程と、を含む
ことを特徴とするレーザ光調整方法。
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